专利名称：质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法
技术领域：
本发明属于质子磁共振波谱信号处理技术领域，尤其涉及一种质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法。
背景技术：
质子磁共振波谱(1HMRS, IH Magnetic Resonance Spectroscopy)成像设备采集的信号来自IH原子受激辐射的电磁波，由于人体中水分含量极大，故而收到的共振信号中，水分子的信号强度远高于其他物质的信号强度，它们的频谱峰值比约为一万倍左右，即便经过信号采集过程中发射的抑水脉冲作用，仍有两百倍左右的频谱峰值比，严重干扰了对感兴趣的化合物的浓度分析，所以去除共振信号中的水峰是对感兴趣的化合物代谢变化进行分析的前提。 目前磁共振波谱的水峰抑制方法主要有两种HLSVD (Hankel Lanczos SingularValue Decomposition)和小波变换方法。HLSVD方法可以将信号在时域上分为若干指数衰减函数的叠加，而物质峰的理论模型在时域上正是指数衰减函数，将水也视作为一种物质，则可以像其他物质一样经HLSVD分离出来，只要再将分离出的水峰减去即可。小波变换方法则可以将信号在频域上分解到若干频带，去掉水峰所在的频带，并将剩余的子带做反变换即可得到去除水峰的信号了。但是，HLSVD和小波变换方法也有不足之处。其中，HLSVD方法是一种模型拟合方法，该方法获得有效结果的前提是信号满足理论模型。然而受不同测量环境及抑水脉冲的影响，水峰的形状千差万别，甚至用几个指数衰减函数都不能完全的表示，这时按照原本的方法计算，水峰就会有较大残留，影响后续的定
量处理。小波变换方法的基础是子带滤波，然而实际处理结果对于子带的选择非常敏感，保留或是去掉一层小波，会导致结果有很大变化，所以如果测量参数改变导致频谱的范围有所变化，需要重新选择子带，造成计算操作上的困难，也不能保证计算结果的稳定性，不利于跟踪研究。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，用于解决目前常用的水峰处理方法存在的问题。为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，其特征是所述方法包括步骤I :对质子磁共振波谱采集的信号进行预处理，得到质子磁共振波谱原始信号序列；步骤2 :提取质子磁共振波谱原始信号序列中的水峰的频谱分布特征点，得到水峰频谱分布特征点序列；步骤3 :比较水峰频谱分布特征点序列和质子磁共振波谱原始信号序列，在水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频率的位置插入频率和该频率对应的信号值，得到重构的水峰频谱分布特征点序列；步骤4:从质子磁共振波谱原始信号序列中减去重构的水峰频谱分布特征点序列，实现质子磁共振波谱信号中的水峰处理。所述步骤2采用下凸函数检测法，包括步骤201 :在质子磁共振波谱原始信号序列中，获取水峰峰值位置左侧和右侧两个设定区域；步骤202 :对于水峰峰值位置左侧和右侧两个设定区域，按照频率序号由低到高 的顺序检测每一个频率对应的信号值，将不满足下凸函数条件的频率和其对应的信号值从质子磁共振波谱原始信号序列中删除，从而得到水峰频谱分布特征点序列；所述下凸函数条件为(fi+1-fi)* a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1]彡(fi+rU * aifj ,其中fH，fi； fi+1分别是序号为i_l，i和i+1的频率，BtfiJ, a[fJ和a[fi+1]分别是频率fH，fi和fi+i对应的信号值。所述步骤2采用折线近似法，包括步骤301 :将质子磁共振波谱原始信号序列分为3个区域，即左侧区域、中间区域和右侧区域；其中，中间区域满足(I)包含水峰峰值；(2)区域内水峰峰值以左单调增右侧单调减；步骤302 :对于每一个设定区域，取设定区域的两个端点位置的频点对应的信号值，做一条连接两个信号值的线段，作为近似折线；步骤303 :在相应设定区域的每个频点对应的信号值中，寻找距离近似折线最远的信号值；步骤304 :将距离近似折线最远的信号值加入近似折线，形成两条近似折线；步骤305 :对每条近似折线，重复执行步骤303-304设定次数，得到近似折线段族，折线段族的端点构成初步的水峰频谱分布特征点序列；步骤306 :对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率小于O而右侧折线段的斜率大于0，则保留该点，如不符合此条件则删除该点，将保留下来的点重新连线，得到更新的折线段族；步骤307 :对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率Ic1大于O而右侧折线段的斜率k2小于0，并且左侧折线段的斜率Ic1和右侧折线段的斜率k2满足条件￥2〈-1时，则删除该点，并将剩下的点重新连线，得到更新的折线族；步骤308 :对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率Ic1小于O而右侧折线段的斜率k2大于0，并且左侧折线段的斜率Ic1和右侧折线段的斜率k2满足条件kik2〈-l时，则删除该点，并将剩下的点重新连线，得到更新的折线段族；步骤309 :判断折线段族中相邻的两条折线段的斜率乘积是否小于-1，如果相邻的两条折线段的斜率乘积小于-1，则重复进行步骤307与308直至折线段族中相邻的两条折线段的斜率乘积都大于等于-1，最后保留下来的点组成的序列即为水峰频谱分布特征点序列。所述在水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频点的位置插入信号值采用线性插值法，其公式为
权利要求
1.一种质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，其特征是所述方法包括 步骤I:对质子磁共振波谱成像设备采集的信号进行预处理，得到质子磁共振波谱原始信号序列； 步骤2 :提取质子磁共振波谱原始信号序列中的水峰的频谱分布特征点，得到水峰频谱分布特征点序列； 步骤3 比较水峰频谱分布特征点序列和质子磁共振波谱原始信号序列，在水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频率的位置插入频率和该频率对应的信号值，得到重构的水峰频谱分布特征点序列； 步骤4 :从质子磁共振波谱原始信号序列中减去重构的水峰频谱分布特征点序列，实现质子磁共振波谱信号中的水峰处理。
2.根据权利要求I所述的质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，其特征是所述步骤2采用下凸函数检测法，包括 步骤201 :在质子磁共振波谱原始信号序列中，获取水峰峰值位置左侧和右侧两个设定区域； 步骤202 :对于水峰峰值位置左侧和右侧两个设定区域，按照频率序号由低到高的顺序检测每一个频率对应的信号值，将不满足下凸函数条件的频率和其对应的信号值从质子磁共振波谱原始信号序列中删除，从而得到水峰频谱分布特征点序列； 所述下凸函数条件为(fi+1-fi) * a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1] ^ K1) 1 ],其中fi-1； fi，fi+1分别是序号为i_l，i和i+1的频率，a[fi_J，a[fj和a[fi+1]分别是频率f^,fi和fi+1对应的信号值。
3.根据权利要求I所述的质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，其特征是所述步骤2采用折线近似法，包括 步骤301 :将质子磁共振波谱原始信号序列分为3个区域，即左侧区域、中间区域和右侧区域；其中，中间区域满足 (1)包含水峰峰值； (2)区域内水峰峰值以左单调增右侧单调减； 步骤302 :对于每一个设定区域，取设定区域的两个端点位置的频点对应的信号值，做一条连接两个信号值的线段，作为近似折线； 步骤303 :在相应设定区域的每个频点对应的信号值中，寻找距离近似折线最远的信号值； 步骤304 :将距离近似折线最远的信号值加入近似折线，形成两条近似折线； 步骤305 :对每条近似折线，重复执行步骤303-304设定次数，得到近似折线段族，折线段族的端点构成初步的水峰频谱分布特征点序列； 步骤306 :对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率小于O而右侧折线段的斜率大于0，则保留该点，如不符合此条件则删除该点，将保留下来的点重新连线，得到更新的折线段族； 步骤307:对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率Ic1大于O而右侧折线段的斜率k2小于0，并且左侧折线段的斜率Ic1和右侧折线段的斜率k2满足条件kik2〈-l时，则删除该点，并将剩下的点重新连线，得到更新的折线族；步骤308 :对于折线段族上除两头端点外的点，如果左侧折线段的斜率Ic1小于0而右侧折线段的斜率k2大于0，并且左侧折线段的斜率Ic1和右侧折线段的斜率k2满足条件kik2〈-l时，则删除该点，并将剩下的点重新连线，得到更新的折线段族； 步骤309 :判断折线段族中相邻的两条折线段的斜率乘积是否小于-1，如果相邻的两条折线段的斜率乘积小于-1，则重复进行步骤307与308直至折线段族中相邻的两条折线段的斜率乘积都大于等于-1，最后保留下来的点组成的序列即为水峰频谱分布特征点序列。
4.根据权利要求2或3所述的质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法，其特征是所述在水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频点的位置插入信号值采用线性插值法，其公式为 其中，i为水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频率的位置，fi为位置i处的频率，a' [fj为插入的信号值，fi+1和&分别为位置i+1和i_l处的频率，a[fi+1]和aU分别为频率fi+1和fg对应的信号值。
全文摘要
本发明公开了质子磁共振波谱信号处理技术领域中的一种质子磁共振波谱信号中的水峰处理方法。包括对质子磁共振波谱成像设备采集的信号进行预处理，得到质子磁共振波谱原始信号序列；提取质子磁共振波谱原始信号序列中的水峰的频谱分布特征点，得到水峰频谱分布特征点序列；比较水峰频谱分布特征点序列和质子磁共振波谱原始信号序列，在水峰频谱分布特征点序列相对于质子磁共振波谱原始信号序列缺少频率的位置插入频率和该频率对应的信号值，得到重构的水峰频谱分布特征点序列；从质子磁共振波谱原始信号序列中减去重构的水峰频谱分布特征点序列，实现质子磁共振波谱信号中的水峰处理。本发明易于实现，并且准确性和运算速度更具优势。
文档编号A61B5/055GK102805625SQ20121030152
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者窦维蓓, 李源 申请人:清华大学