核磁共振回波数据降噪方法、装置及存储介质与流程

本申请涉及技术领域，尤其是涉及一种核磁共振回波数据降噪方法、装置及存储介质。

背景技术：

低场核磁共振回波数据测量过程中，由于核磁共振仪器线圈中电流，不均匀的磁场，外界温度变化等各种因素的影响，测量得到的回波数据包含大量的噪声，造成回波数据信噪比低，影响核磁共振回波数据反演得到的t2分布结果的准确性。

目前，对核磁共振回波数据的降噪处理大致分为两类：

第一类是把回波数据矩阵构造成特定结构的矩阵，然后进行奇异值分解，将对角矩阵中小的特征值置零后，最后得到降噪后的回波数据。这类方法在降噪过程中均需迭代多次，迭代过程中的奇异值分解所需时间较长，使降噪处理效率很低。

第二类是根据回波数据信号和噪声的不同时频特性，利用傅里叶变换、小波分解、经验模态分解等各种数学变换手段进行降噪。这类方法均包括时间频率域的转换方法，运算过程较慢。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种核磁共振回波数据降噪方法、装置及存储介质，以提高核磁共振回波数据降噪处理效率。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种核磁共振回波数据降噪方法，包括：

获取待降噪回波数据；

对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据；并对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据；

将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均，获得降噪后的回波数据。

在本申请一实施例中，所述对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据，包括：

根据公式获得第一回波数据；

其中，f1为第一回波数据；f为待降噪回波数据；m为f的横坐标的偏移量；·表示闭运算，表示开运算，g为预设的结构体。

在本申请一实施例中，所述对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据，包括：

根据公式获得第二回波数据；

其中，f2为第二回波数据；f为待降噪回波数据；m为f的横坐标的偏移量；·表示闭运算，表示开运算，g为预设的结构体。

在本申请一实施例中，所述待降噪回波数据的表达式包括：

其中，f为待降噪回波数据，t2,j为第j个横向弛豫时间t2，f(t2,j)为t2,j对应的幅值，ε为噪声信号，n为t2的数量，i为待降噪回波数据的第i个横坐标点，te为回波间隔。

另一方面，本申请实施例还提供了一种核磁共振回波数据降噪装置，包括：

数据获取模块，用于获取待降噪回波数据；

第一运算模块，用于对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据；并对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据；

第二运算模块，用于将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均，获得降噪后的回波数据。

在本申请一实施例中，所述对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据，包括：

根据公式获得第一回波数据；

其中，f1为第一回波数据；f为待降噪回波数据；m为f的横坐标的偏移量；·表示闭运算，表示开运算，g为预设的结构体。

在本申请一实施例中，所述对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据，包括：

根据公式获得第二回波数据；

其中，f2为第二回波数据；f为待降噪回波数据；m为f的横坐标的偏移量；·表示闭运算，表示开运算，g为预设的结构体。

在本申请一实施例中，所述待降噪回波数据的表达式包括：

其中，f为待降噪回波数据，t2,j为第j个横向弛豫时间t2，f(t2,j)为t2,j对应的幅值，ε为噪声信号，n为t2的数量，i为待降噪回波数据的第i个横坐标点，te为回波间隔。

另一方面，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取待降噪回波数据；

对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据；并对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据；

将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均，获得降噪后的回波数据。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，相较以往的核磁共振回波数据降噪方法，本申请实施例的核磁共振回波数据降噪方案不需要进行大规模的矩阵分解运算，也无需进行时频域转换，从而大幅减小了计算量，进而大大提高了核磁共振回波数据降噪处理的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例的核磁共振回波数据降噪方法的流程图；

图2为本申请一实施例中数值模拟实验构造的核磁共振t2分布模型；

图3为本申请一实施例中的核磁共振t2分布正演得到的回波数据(加入了不同信噪比噪声)示意图；

图4为本申请一实施例中当snr＝10时回波数据降噪前、后的对比结果示意图；

图5a-图5d为本申请一实施例中不同信噪比下，回波数据降噪前、后反演得到的t2分布示意图；

图6a-图6d为本申请一实施例中不同信噪比下，分别加入500次随机噪声，降噪前、后反演结果的孔隙度相对误差ξ的频率分布直方图；

图7a-图7d为本申请一实施例中不同信噪比下，分别加入500次随机噪声，降噪前、后反演结果的均方根误差rmse的频率分布直方图；

图8为本申请一实施例的核磁共振回波数据降噪装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1所示，本申请一实施例的核磁共振回波数据降噪方法，可以包括以下步骤：

s101、获取待降噪回波数据。

在本申请实施例中，待降噪回波数据可以是指含有噪声的回波数据，其对应的表达式可表示为：

f＝∫f(t2,j)exp(-t/t2,j)dt2,j+ε(t)

为了便于后续降噪处理，可将待降噪回波数据用其离散形式表示：

其中，f为待降噪回波数据，t2,j为第j个横向弛豫时间t2，f(t2,j)为t2,j对应的幅值，ε为噪声信号，n为t2的数量，i为待降噪回波数据的第i个横坐标点，te为回波间隔。

s102、对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据；并对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据。

在本申请实施例中，所述对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算是指：先对待降噪回波数据进行开运算，然后在开运算的基础上，再进行闭运算。具体的，可根据公式获得第一回波数据，其中，f1为第一回波数据；m为f的横坐标的偏移量；·表示闭运算，表示开运算，g为预设的结构体。

类似的，所述对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算是指：先对待降噪回波数据进行闭运算，然后在闭运算的基础上，再进行开运算。具体的，可根据公式获得第二回波数据。其中，f2为第二回波数据。

在本申请实施例中，开运算和闭运算均可以是由腐蚀运算和膨胀运算两种形态学基本运算构成，并且腐蚀和膨胀不互为逆运算；因此，先腐蚀再膨胀即称为开运算，先膨胀再腐蚀即称为闭运算，同样，开运算和闭运算也不互为逆运算。其中，腐蚀运算和膨胀运算的计算公式分别如下：

腐蚀运算：

膨胀运算：

其中，d[f],d[g]分别为待降噪信号f和结构体g的定义域。理论上，结构体可以是任何形状，只要它在纵坐标方向上的变化量为0。较佳的，结构体可以为半椭圆形、三角形或矩形等，例如当结构体为椭圆时，其可以表示为：表示腐蚀运算，表示膨胀运算。

在待降噪回波数据为离散形式表示时，上述腐蚀运算可以表示为：

在待降噪回波数据为离散形式表示时，上述膨胀运算可以表示为：

其中，k为f的横坐标的偏移量。

s103、将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均，获得降噪后的回波数据。

在本申请实施例中，可通过公式fdenoise＝(f1+f2)/2将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均。其中，fdenoise为降噪后的回波数据，

由此可见，相较以往的核磁共振回波数据降噪方法，本申请实施例的核磁共振回波数据降噪方法不需要进行大规模的矩阵分解运算，也无需进行时频域转换，从而大幅减小了计算量，进而大大提高了核磁共振回波数据降噪处理的效率。

在一示例性实施例中，通过模拟构建了如图2所示的具有双峰结构的一维核磁共振t2分布模型；在图2中纵坐标为孔隙度。自左向右，第一个峰代表束缚水峰，峰值对应的t2为20ms，第二个峰代表可动水峰，峰值对应的t2为300ms，给定地层模型孔隙度为15pu。根据此t2分布模型正演合成回波间隔te为0.2ms，回波个数为8000的回波串，并加入信噪比(snr)分别为5、10、20和40的高斯白噪声，如图3所示，在图3中纵坐标为回波信号的幅值。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

基于本申请实施例的核磁共振回波数据降噪方法，以椭圆形结构体(长轴半径a为1*te，短轴半径b为1*te)对上述四种信噪比情况下的回波串进行降噪，以snr＝10的情况下进行展示，如图4所示，从图4中可以看出降噪后的回波串数据信噪比明显提高。在图4中纵坐标为回波信号的幅值。

将不同信噪比下，降噪前和降噪后的回波串数据进行反演，可得到如图5a-图5d所示的对应于不同信噪比情况下的反演结果，可以看出降噪后的回波串数据反演结果与模型更加接近，从而验证了本申请实施例的核磁共振回波数据降噪方法的有效性。在图5a-图5d中，纵坐标为孔隙度，model表示上述的t2分布模型，beforedenoising表示降噪前，afterdenoising表示降噪后。

由于在数值模拟过程中加入的是随机噪声，这可能导致降噪和反演过程中不确定因素增加，为了验证降噪方法的稳定性，在不同信噪比的随机噪声的情况下，分别加入500次随机噪声，并对降噪前后的回波串数据分别进行反演，统计孔隙度相对误差ξ和均方根误差rmse两参数的频率分布直方图，两参数的计算公式如下，计算结果分别如图6a-图6d以及图7a-图7d所示，其中，在图6a-图6d中，纵坐标为频率，横坐标为降噪前、后反演结果的孔隙度相对误差ξ。在图7a-图7d中，纵坐标为频率，横坐标为降噪前、后反演结果的孔隙度均方根误差rmse。其中，孔隙度相对误差ξ及均方根误差rmse计算可对应通过如下公式实现：

其中，n为t2的数量，在t2分布模型中n＝64；fmod,i为t2分布模型的第i个t2的幅度；finv,i为反演结果的第i个t2的幅度；为t2分布模型对应的孔隙度；为反演结果计算得到的孔隙度，

从图6a可以可看出，当snr＝5时，降噪后反演得到的孔隙度相对误差ξ峰值接近于0，而降噪前的ξ峰值在0.08左右；从图6b-图6d以可看出，当snr＝10、20、40时，降噪前后ξ峰值都在0左右，且降噪后的ξ分布更加聚拢，但随着信噪比的提高，降噪后ξ分布的优势不是很明显。因此，从孔隙度相对误差ξ的结果分析，降噪后的反演结果优于降噪前反演结果。

从图7a-图7d可以看出，不同信噪比下，不论是均方根误差频率直方图的整体分布还是峰值位置，降噪后的计算结果相比于降噪前的结果都偏向rmse更小的方向。因此，从均方根误差rmse的结果分析，降噪后的反演结果优于降噪前反演结果。

参考图8所示，本申请实施例的一种核磁共振回波数据降噪装置可以包括：

数据获取模块81，可以用于获取待降噪回波数据；

第一运算模块82，可以用于对所述待降噪回波数据依序进行开运算、闭运算，获得第一回波数据；并对所述待降噪回波数据依序进行闭运算、开运算，获得第二回波数据；

第二运算模块83，可以用于将所述第一回波数据和所述第二回波数据进行算术平均，获得降噪后的回波数据。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。