专利名称：一种磁共振图像的二维几何校正的方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种磁共振图像的二维几何校正的方法。
背景技术：
几何校正是一种把在几何形状上发生畸变的图像进行校正的一种数字图像处理技术。几何畸变在电视屏幕边缘、相机镜头边缘部分和磁共振图像中广泛存在，本发明特指磁共振图像的几何畸变。磁共振图像的几何畸变主要由于磁共振成像仪器硬件上产生梯度场非线性导致的,在越远离磁体中心的区域畸变越严重。磁共振图像的几何校正技术对医学诊断具有很大的帮助。解决磁共振图像的几何畸变问题的通常方法是利用水模进行成像实验，采用合适的插值算法估算控制点的形变场，进而利用数字图像处理的几何变换进行几何校正。其中比较有代表性的就是王德民提出的王德明的算法，这种算法根据水模控制点的位置信息可以预知的特点，利用控制点真实位置为确定图像中控制点的位置初步定位，在这个位置附近精确寻找控制点在图像中的位置。但是，当图像的视野(FOV)较大时，图像形变也较大，控制点可能从所在的行变形到另外一行，这时上述算法将不能有效地提取相应的控制点，有可能会将另外一行的控制点作为当前行的控制点，这是第一个缺陷，在图6当中有呈现，图中对于形变量小的控制点A、B用该方法能够进行初步定位，对于形变量大的点C、E、G或D、F、H，进行初步定位时，得到的点是相邻行的点或者相邻列的点；这种几何校正方法采用单纯的插值算法不能估算控制点覆盖范围以外的形变场，这是第二个缺陷。
发明内容
本发明针对上述现有技术中无法有效提取控制点和无法估算控制点覆盖范围以外的形变场等缺陷，提出了 一种磁共振图像的二维的几何校正的方法，包括步骤一设计水模，采集实验数据并记录所述水模的网格点的数量与位置信息，作为初始控制点的数量与位置信息；步骤二 利用所述水模在磁共振成像的不同区域采集多幅水模图像，提取每幅所述水模图像中的控制点的数量与位置信息，所述控制点的位置信息是所述水模中的控制点在图像形变后的位置；所述水模图像的控制点对应于所述水模的网格点；控制点的提取方式主要结合局部最大值迭代搜索法和排序法，通过局部最大值对控制点进行定位，用迭代地方式修改参数以确保搜索到所有的控制点，并且将搜索到的控制点进行排序，将视觉上的控制点的位置和真实的位置对应起来，这是本发明的第一个创新点，在具体的实施方式中有具体的描述。步骤三根据所述磁共振成像的不同区域组合所述多幅水模图像，计算所述水模网格点即所述控制点的位置信息及形变量，并根据所述形变量估算形变场；步骤四根据所述形变场，修正存在几何形变的磁共振图像。其中，所述步骤二中提取水模图像中控制点的数量及位置信息的步骤包括
步骤Al :采用十字形模板对所述水模图像进行卷积处理，用于突出网格交叉点中心的信号，便于后续步骤确定准确的控制点位置；步骤A2:设置阈值滤除所述水模图像的背景，将小于所述阈值的背景的灰度值设置为0 ;步骤A3 :遍历所述水模图像内一定尺寸的矩形窗范围内的亮度最大值的像素点为所述控制点，记录所述控制点的数量与位置信息；步骤A4:若所述控制点的数量大于所述网格点的数量，则提高阈值并重新执行步骤A2 ;若所述控制点的数量小于所述网格点的数量，则降低阈值并重新执行步骤A2 ;若所述控制点的数量等于所述网格点的数量，则完成提取控制点的数量与位置信息。其中，所述步骤三中，对控制点范围以内的各所述控制点的形变量采用双线性插 值的方法估算每一像素点的形变量，形成形变场；对于所述控制点范围以外的各点采用最小二乘法进行拟合估算每一像素点的形变量，形成形变场。其中，所述步骤四中修正磁共振图像的步骤是利用所述存在几何形变的磁共振图像计算最终图像(即校正后的图像)上的每个像素点强度的过程，具体包括步骤Cl :对于所述最终图像上的一个像素点，依据所述形变场计算所述其对应于所述存在几何形变的磁共振图像中的位置；步骤C2 :将所述最终磁共振图像上像素点的灰度值赋值为所述存在几何形变的磁共振图像中形变位置的像素点的灰度值；步骤C3:重复执行所述步骤Cl至步骤C2，直至所述最终图像上所有像素点都被处理后终止。其中，当所述像素点真实位置超过所述磁共振图像时，所述像素点的灰度值赋值为O。其中，当所述像素点真实位置在图像范围内，但同时又超出了形变场描述的范围，则在所述像素点的邻近区域选取至少两个形变场数据点，采用最小二乘法线性拟合得到所述像素点的形变位置。这是本发明的第二个创新点。其中，所述最小二乘法的公式如下表示
权利要求
1.一种磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，包括步骤一设计水模，采集实验数据并记录所述水模的网格点的数量与位置信息，作为初始控制点的数量与位置信息；步骤二 利用所述水模在磁共振成像的不同区域采集多幅水模图像，提取每幅所述水模图像中的控制点的数量与位置信息，所述控制点的位置信息是所述水模中的控制点在图像形变后的位置；所述水模图像的控制点对应于所述水模的网格点；步骤三根据所述磁共振成像的不同区域组合所述多幅水模图像，计算所述水模网格点即所述控制点的位置信息及形变量，并根据所述形变量估算形变场；步骤四根据所述形变场，修正存在几何形变的磁共振图像。
2.如权利要求1所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，所述水模的内尺寸的各边长为190mm，外尺寸的各边为210mm，外壁的厚度为10mm，所述水模的网格点的数量为81个，所述水模的形状为正立方体，所述外壁为玻璃，所述水模的网格为网格状玻璃填充物，所述水模中的填充物为水或者溶液。
3.如权利要求1所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，所述步骤二中提取控制点的数量与位置信息的步骤包括步骤Al :采用十字形模板对所述水模图像进行卷积处理；步骤A2 :设置阈值滤除所述水模图像的背景；步骤A3 :遍历所述水模图像内一定尺寸的矩形窗范围内的亮度最大值的像素点为所述控制点，记录所述控制点的数量与位置信息；步骤A4:若所述控制点的数量大于所述网格点的数量，则提高所述阈值并重新执行所述步骤A2;若所述控制点的数量小于所述网格点的数量，则降低所述阈值并重新执行所述步骤A2;若所述控制点的数量等于所述网格点的数量，则完成所述提取控制点的数量与位置信息。
4.如权利要求1所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，所述估算形变场的步骤包括步骤B :对控制点范围以内的各所述控制点的形变量采用双线型插值的方法估算每一像素点的形变量，形成形变场；对于所述控制点范围以外的各点采用最小二乘法进行拟合估算每一像素点的形变量，形成形变场。
5.如权利要求1所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，所述步骤四中修正磁共振图像的步骤包括步骤Cl :对于所述最终图像上的一个像素点，依据所述形变场计算所述其对应于所述存在几何形变的磁共振图像中的位置；步骤C2 :将所述最终磁共振图像上像素点的灰度值赋值为所述存在几何形变的磁共振图像中形变位置的像素点的灰度值；步骤C3 :重复执行所述步骤Cl至步骤C2，直至所述最终图像上所有像素点都被处理后终止。
6.如权利要求5所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，当所述像素点形变位置超过所述磁共振图像时，所述像素点的灰度值赋值为O。
7.如权利要求5所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，当所述像素点真实位置在图像范围内，但同时又超出了形变场描述的范围，则在所述像素点的邻近区域选取至少两个形变场数据点，采用最小二乘法线性拟合得到所述像素点的形变位置。
8.如权利要求7所述的磁共振图像的二维几何校正的方法，其特征在于，所述最小二乘法的公式如下表示
全文摘要
本发明公开了一种磁共振图像的二维几何校正的方法，包括形成水模，并记录水模的网格点的数量与位置信息，作为初始控制点的数量与位置信息；利用水模在磁共振成像的不同区域采集多幅水模图像，提取每幅水模图像中的控制点的数量与位置信息；水模图像的控制点对应于水模的网格点；根据磁共振成像的不同区域组合多幅水模图像，计算网格点的位置信息与控制点的位置信息之间的形变量，并根据形变量估算形变场；根据形变场，修正磁共振图像。本发明具有可以使用较小尺寸的水模进行较大尺寸的成像区域进行无参数类校正的优势，改进了磁共振图像校正的标定过程。
文档编号G06T5/50GK103020944SQ20131000696
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者何玉娇, 杨光, 昝国锋, 宁瑞鹏, 姜小平, 李建奇 申请人:华东师范大学, 上海卡勒幅磁共振技术有限公司