一种针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法技术

本发明专利技术属于磁共振血流成像技术领域，具体为针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法。本发明专利技术包括：数据预处理，对于四维血流磁共振扫描获得的动态三维空间流速分布图，通过自动分割得到感兴趣区域的血管掩模图；速度解卷绕，分为三个步骤：第一步为基于时间维连续性约束的速度解卷绕，第二步为以时间维约束为主、空间维约束为辅的速度解卷绕，第三步为基于时间空间相关性约束的速度值矫正；最后基于前两部分的数据处理结果即得到解卷绕之后的四维流速分布图。本发明专利技术结合四维血流磁共振速度分布图中感兴趣血管区域内三维空间的连续性以及时间维度的速度连续性特性进行交互约束，实现鲁棒性好且可同时适用于心脑血管血流成像的速度解卷绕。成像的速度解卷绕。成像的速度解卷绕。

【技术实现步骤摘要】
一种针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法


[0001]本专利技术属于磁共振血流成像
，具体涉及四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法。

技术介绍

[0002]四维血流磁共振成像是一种可以比较全面地对血管进行三维可视化和血流动力学分析的动态成像技术。通常在成像过程中，当成像范围内某一个方向的实际流速值大于预先设定的该方向速度编码值VENC时，将在原始的成像图像中发生相位卷绕，进而导致在最终的流动速度量化分布图中出现速度卷绕，卷绕处的流速值将显示错误的结果。针对这一问题，目前主要有两类解决方法，一类是在四维血流磁共振成像前在选择合适的VENC值，另一类是基于扫描得到的速度分布图直接进行速度解卷绕。在第一类方法中，一种是基于扫描区域血管血流速度的经验值设置足够高的VENC值来进行后续的扫描，这一做法通常会导致流速分布图的信噪比较低；另一种是通过对目标区域进行额外的2D预扫描来估计合适的VENC值，这一做法通常会导致扫描时间进一步加长。在第二类方法中，类似于磁共振成像中场分布计算等技术中需要进行的相位解卷绕，已有的用于这些技术中的相位解卷绕方法尚且并不能很好地适用于四维血流磁共振成像，而已发表的用于血流磁共振成像中的速度解卷绕方法大多用于二维动态血流磁共振成像中，且主要采用时间维度上的速度连续性约束，另有专门用于四维血流磁共振成像中的基于拉普拉斯算子的相位解卷绕方法通常所需计算的时间较长，而且之前仅在心血管等大动脉上做过验证。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对传统采用VENC经验值进行采集的四维血流磁共振速度分布图中出现的速度卷绕问题，提供一种基于图像后处理的速度解卷绕方法。
[0004]本专利技术提供的基于图像后处理的四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，结合四维血流磁共振速度分布图中感兴趣血管区域内三维空间的连续性以及时间维度的速度连续性等特征进行交互约束，以实现鲁棒性好且可同时适用于心脑血管血流成像的速度解卷绕。
[0005]本专利技术提供的基于图像后处理的四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，主要分为数据预处理和速度解卷绕两个部分，整体方案的实现框架如图1所示。在第一部分数据预处理过程中，主要对于四维血流磁共振扫描获得的动态三维空间流速分布图，通过自动分割得到感兴趣区域的血管掩模图。在第二部分速度解卷绕过程，具体分为三个步骤，其中第一步为基于时间维连续性约束的速度解卷绕，第二步为以时间维约束为主、空间维约束为辅的速度解卷绕，第三步为基于时间空间相关性约束的速度值矫正。最后基于前两部分的数据处理结果即可得到解卷绕之后的四维流速分布图。具体说明如下：
[0006]第一部分：数据预处理。
[0007]通过四维血流磁共振扫描，获取模值图Mag和三个正交方向分别对应的动态三维
空间流速分布图VXt、VYt、VZt；然后基于这四组数据计算得到速度加权之后的模值图沿时间维度的最大值投影MIP图；再针对该MIP图采用比较快速高效的基于阈值的分割方法，获得0
‑
1分布的三维血管掩模图VessMask，即其中值为1的像素位置对应感兴趣的血管区域ROI；最后将四维流速分布图VXt、VYt、VZt和三维血管掩模图VessMask作为数据预处理部分的输出用于第二部分的速度解卷绕。
[0008]第二部分：速度解卷绕。
[0009]该部分的速度解卷绕是对三个不同的正交方向依次进行处理。于是，这里对每一个正交方向对应的动态三维流速分布图(VXt/VYt/VZt)分别按照如下步骤进行处理。
[0010](1)基于时间维连续性约束的速度解卷绕：
[0011]对于三维血管掩模图VessMask中的每个值为1的像素位置，首先判断该像素是否非孤立点，即是否满足以该像素为中心的3x3x3区域内VessMask的值和大于1，若满足该条件即为非孤立点；然后对该像素位置进行如下操作：首先提取当前像素位置对应的三维流速分布图中相同位置处的时间维度速度值数据，形成一个速度时间向量VT，计算该向量在时间维度上的差分以及正负符号的差分；然后基于这两个结果找出时间维向量差分的绝对值大于VENC的时间帧位置记为indT1，以及时间维向量的符号差分为2的时间帧位置记为indT2，取indT1和indT2的交集记为indWrapT；然后根据indWrapT的长度分为如下三种情况分别进行处理：
[0012](1.1)如果indWrapT的长度为2，则对indWrapT中的两个时间帧位置之间的时间帧对应的速度值减去该值的符号与2倍VENC的乘积，即按照v
‑
sign(v)*2VENC进行解卷绕；
[0013](1.2)如果indWrapT的长度大于2，则将indWrapT中的第一个时间帧到最后一个时间帧之间流速的符号与占比小于一半的流速符号一致的速度值进行解卷绕；
[0014](1.3)对于不符合以上两种情况的indWrapT暂时不做进一步解卷；如果indT1和indT2的并集为空，则将该像素点位置记录为Pos0；在完成以上判断和操作之后，记录所有经过这一步骤解卷绕处理的像素位置为Pos1，相应的经过解卷绕处理的时间帧位置Pos1_T。
[0015](2)以时间维约束为主、空间维约束为辅的速度解卷绕：
[0016]首先，对步骤(1)中记录为Pos0中的时间帧按照速度值绝对值大小进行排序，同时将记录为Pos1和Pos1_T中的时间帧按照解卷绕的次数多少进行排序，取二者并集中的前三个时间帧作为发生速度卷绕可能性最大的时间帧maxPindT，取二者并集中的最后三个时间帧作为发生速度卷绕可能性最小的时间帧minPindT；
[0017]然后，对于三维血管掩模图VessMask中的每个值为1的像素位置，若该点为非孤立点且同时不包含于Pos0和Pos1，则进行如下操作；首先提取当前像素位置对应的三维流速分布图中相同位置处的时间维度速度值数据形成一个速度时间向量VT，按照步骤(1)的方法获得indWrapT；然后对indWrapT长度为1的每个像素位置做如下处理：
[0018](2.1)记录速度时间向量VT中速度值的符号与时间帧为indWrapT的速度值的符号相同的时间帧位置indTsign1，记录VT中速度值的符号与时间帧为indWrapT+1的速度值的符号相同的时间帧位置indTsign2；
[0019](2.2)如果indTsign1的长度占所有时间帧总长度的百分比小于至少40％，找出所有indTsign1处的速度值的绝对值大于0.2*VENC的时间帧，记为indT_mod，判断这些时间帧
indT_mod是否包含于minPindT，如果都没有包含则对时间帧为indWrapT的速度值进行解卷绕，并将更新的速度时间序列记录为VT_mod；
[0020](2.3)如果indTsign2的长度占所有时间帧总长度的百分比小于至少40％，找出所有indTsign2处的速度值的绝对值大于0.2*VENC的时间帧，记为indT_mod，判本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，其特征在于，结合四维血流磁共振速度分布图中感兴趣血管区域内三维空间的连续性以及时间维度的速度连续性特性进行交互约束，以实现鲁棒性好且可同时适用于心脑血管血流成像的速度解卷绕；具体分为数据预处理和速度解卷绕两个部分；数据预处理，是对于四维血流磁共振扫描获得的动态三维空间流速分布图，通过自动分割得到感兴趣区域的血管掩模图；速度解卷绕，具体分为三个步骤：第一步为基于时间维连续性约束的速度解卷绕，第二步为以时间维约束为主、空间维约束为辅的速度解卷绕，第三步为基于时间空间相关性约束的速度值矫正；最后基于前两部分的数据处理结果即得到解卷绕之后的四维流速分布图。2.根据权利要求1所述的针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，其特征在于，所述数据预处理，具体为：首先通过四维血流磁共振扫描，获取模值图Mag和三个正交方向分别对应的动态三维空间流速分布图VXt、VYt、VZt；然后基于这四组数据计算得到速度加权之后的模值图沿时间维度的最大值投影MIP图；再针对该MIP图采用基于阈值的分割方法，获得0
‑
1分布的三维血管掩模图VessMask，即其中值为1的像素位置对应感兴趣的血管区域ROI；最后将四维流速分布图VXt、VYt、VZt和三维血管掩模图VessMask作为数据预处理部分的输出用于第二部分的速度解卷绕。3.根据权利要求2所述的针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，其特征在于，所述速度解卷绕过程中，所述基于时间维连续性约束的速度解卷绕，即步骤(1)，具体为：对于三维血管掩模图VessMask中的每个值为1的像素位置，首先判断该像素是否非孤立点，即是否满足以该像素为中心的3x3x3区域内VessMask的值和大于1，若满足该条件即为非孤立点；然后对该像素位置进行如下操作：首先提取当前像素位置对应的三维流速分布图中相同位置处的时间维度速度值数据，形成一个速度时间向量VT，计算该向量在时间维度上的差分以及正负符号的差分；然后基于这两个结果找出时间维向量差分的绝对值大于VENC的时间帧位置记为indT1，以及时间维向量的符号差分为2的时间帧位置记为indT2，取indT1和indT2的交集记为indWrapT，VENC为设定的速度编码值；然后根据indWrapT的长度分为如下三种情况分别进行处理：(1.1)如果indWrapT的长度为2，则对indWrapT中的两个时间帧位置之间的时间帧对应的速度值减去该值的符号与2倍VENC的乘积，即按照v
‑
sign(v)*2VENC进行解卷绕；(1.2)如果indWrapT的长度大于2，则将indWrapT中的第一个时间帧到最后一个时间帧之间流速的符号与占比小于一半的流速符号一致的速度值进行解卷绕；(1.3)对于不符合以上两种情况的indWrapT暂时不做进一步解卷；如果indT1和indT2的并集为空，则将该像素点位置记录为Pos0；在完成以上判断和操作之后，记录所有经过这一步骤解卷绕处理的像素位置为Pos1，相应的经过解卷绕处理的时间帧位置Pos1_T。4.根据权利要求3所述的针对四维血流磁共振成像的速度解卷绕方法，其特征在于，所述速度解卷绕过程中，所述以时间维约束为主、空间维约束为辅的速度解卷绕，即步骤(2)，具体为：首先，对步骤(1)中记录为Pos0中的时间帧按照速度值绝对值大小进行排序，同时将记录为Pos1和Pos1_T中的时间帧按照解卷绕的次数多少进行排序，取二者并集中的前三个时间帧作为发生速度卷绕可能性最大的时间帧maxPindT，取二者并集中的最后三个时间帧作
为发生速度卷绕可能性最小的时间帧minPindT；然后，对于三维血管掩模图VessMask中的每个值为1的像素位置点，若该点为非孤立点且同时不包含于Pos0和Pos1，则进行如下操作：首先提取当前像素位置对应的三维流速分布图中相同位置处的时间维度速度值数据，形成一个速度时间向量VT，按照步骤(1)的方法获得indWrapT；然后对indWrapT长度为1的每个像素位置做如下处理：(2.1)记录速度时间向量VT中速度值的符号与时间帧为indWrapT的速度值的符号相同的时间帧位置indTsign1，记录VT中速度值的符号与时间帧为indWrapT+1的速度值的符号相同的时间帧位置indTsign2；(2.2)如果indTsign1的长度占所有时间帧总长度的百分比小于至少40％，找出所有indTsign1处的速度值的绝对值大于0.2*VENC的时间帧，记为indT_mod，判断这些时间帧indT_mod是否包含于minPindT，如果都没有包含，则对时间帧为indWrapT的速度值进行解卷绕，并将更新的速度时间序列记录为VT_mod；(2.3)如果indTsign2的长度占所有时间帧总长度的百分比小于至少40％，找出所有indTsign2处的速度值的绝对值大于0.2*VENC的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹤，孙爱琦，王冰怡，刘颖，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：