TWI792513B

TWI792513B - 消除磁振造影中移動假影的方法

Info

Publication number: TWI792513B
Application number: TW110130889A
Authority: TW
Inventors: 郭立威; 卓冠宏
Original assignee: 財團法人國家衛生研究院
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW202309843A

Abstract

本發明提供一個修正磁振造影中移動假影的方法，其中可於磁振造影掃描取得影像後，透過自動化影像分割與假影消除演算法，對物體移動所產生的相位誤差進行補償，以達到最小背景假影訊號強度進而得到修正移動假影後的影像。

Description

消除磁振造影中移動假影的方法

本發明係關於一種處理磁振造影影像的方法，較特別地，係關於一種消除擴散磁振造影中因移動所造成之影像假影的方法。

磁振造影(MRI,Magnetic Resonance Imaging)是現今醫學領域中一種屬於零輻射也非侵入性且精密與安全的醫學影像檢查方法，主要是利用核磁共振原理，以強力的磁場和電磁波，使體內的氫原子與磁場作用，再經電腦分析而重組出身體內部構造的影像，雖然檢查所耗時間較長，但由於磁振造影可以多角度掃描，並提供高對比的解像能力，於臨床上也能提供更好的診斷依據。

然而，磁振造影很容易因受試者在掃描過程中的移動(motion)而產生影像假影(image artifact)，造成影像判讀上或後續分析上出現困難，且不同成像序列對於移動假影的敏感度亦不同。在眾多的磁振造影影像成像技術中，擴散磁振造影是在收取訊號前，先後開啟強度、時間以及方向均相同的擴散磁場梯度(diffusion gradient)，用以偵測水分子在組織中因擴散產生的訊號變化，因此對於受試者輕微移動或是因呼吸、心跳的生理反應所產生的位置變化相當敏感，即使是非常輕微的移動亦容易造成影像上的假影，故較其它磁振造影影像技術，更容易產生因受試者移動而造成的影像假影。

目前去除影像假影的相關技術，主要分為使用navigator echo以及透過多通道訊號修正的技術，前者需要修改磁振造影成像序列，在掃描時額外收取navigator echo以修正因移動造成的相位誤差；而後者則需要線圈陣列收取多通道訊號，以進行移動假影修正。而本發明所採用的方法則不需修改任何既有的磁振造影成像序列，同時亦不受限於磁振造影硬體。

由於受試者於移動時，會在成像訊號上產生相位變化，因此在多重激發的擴散磁振造影成像序列中，會因為在不同時間點上，受試者的位移不同，而導致每次激發後在訊號上產生不同的相位。於是，本發明透過將磁振造影影像進行自動化分割處理，再經假影消除演算法補償因受試者移動而產生的相位變化，藉以再不需修改任何既有的磁振造影成像序列，且在不受限於磁振造影硬體的情況下，修正或消除磁振造影影像中的移動假影，提供臨床上更精準正確的醫學影像。

於一方面，本發明提供一種修正磁振造影移動假影的方法，包含：1)自動化影像分割進行影像上的物體與背景的分離；及2)假影消除技術以遞迴的方式計算相位補償，去除背景區域的假影。具體而言，本發明之方法係在擴散磁振造影掃描取得影像後，以自動化影像遮罩方式在原始影像上進行掃描物體與背景的分割；而假影消除技術係以最佳化演算法，對物體移動所產生的相位誤差進行補償，以達到最小背景假影訊號強度進而得到修正移動假影後的影像。

於一實施例中，本發明之方法包含以下步驟： S01：透過一自動化的背景遮罩產生方法將一磁振造影影像進行自動化影像分割，區分出一物體與一背景，並產生一背景遮罩；S02：透過一假影消除演算法去除該背景中的假影；S03：經消除假影後，重建該磁振造影影像為一消除假影的磁振造影影像，並進行一假影訊號檢測；與S04：完成假影消除。於一實施例中，該假影消除演算法包含：分別計算該磁振造影影像的成像序列中，每一個成像中所產生的額外相位變化；與計算與設定每一個成像的一補償相位值，並將該補償相位值添加至其各自對應的成像中所取得的所有訊號相位上。

於一實施例中，該假影訊號檢測係將該背景遮罩套用至該消除假影的磁振造影影像上，並計算與加總該消除假影的磁振造影影像的背景中的假影訊號。

於一實施例中，於該假影訊號檢測後，若該假影訊號的加總已達一最小值，即完成該消除假影的磁振造影影像的假影消除，若未達到該最小值，則表示仍有假影訊號，可重複進行S02至S03的步驟，直至經假影訊號檢測後，無任何假影訊號。

401:大鼠腦部

501:小鼠腦部

圖1係顯示本發明之消除磁振造影中移動假影的流程圖。

圖2係顯示本發明之自動化的背景遮罩產生方法的流程圖。

圖3係顯示假影消除演算法的流程圖。

圖4係顯示大鼠腦部的擴散加權自旋迴波影像；圖4A為原始的大鼠腦部的擴散加權自旋迴波影像；圖4B則為藉由本發明所提供的方法消除假影後的大鼠腦部的擴散加權自旋迴波影像。

圖5係顯示小鼠腦部的擴散加權多重激發迴波平面造影影像；圖5A為原始的小鼠腦部的擴散加權多重激發迴波平面造影之影像；圖5B則為藉由本發明所提供的方法消除假影後的小鼠腦部的擴散加權多重激發迴波平面造影之影像。

除非另外定義，否則本說明書所使用之技術名詞與科學名詞皆為本發明領域中具通常知識者一般所熟知之定義。

本發明可藉由下列實施例來進一步闡明，惟該等例舉性實施例僅用來進一步說明，而非限制本發明之應用與範圍。

於本發明之具體實施態樣中，係以具有多重激發，且最易因受試者的位移而導致每次激發後在訊號上產生不同的相位，而出現移動假影的擴散磁振造影作為實施範例，藉以展現本發明之消除磁振造影中移動假影的方法的有效應用性。

實施例一、消除擴散磁振造影中移動假影的方法

本發明之方法係透過迭代法實現假影消除技術。在迭代法中，每次迭代都需要評估迭代過程是否結束。在本方法中，係採用影像背景訊號加總的大小為依據進行評估，在沒有移動假影的影像上，背景訊號理論上都是雜訊，且訊號強度遠小於物體的訊號強度，然而在掃描過程中受試者移動的情況下，會將物體的部分訊號疊加在背景上，因此，本方法中透過將每次迭代後產生的影像背景訊號加總，藉此判斷是否達到最小值作為依據。

具體實施步驟請參照圖1，首先，先將取得的磁振造影影像進行自動化影像分割，其中，欲正確決定與區分影像中背景與物體，除了一般的手動圈選背景位置外，本發明亦提供一種自動化的背景遮罩產生方法(請見圖2)，來計算影像中的背景位置。簡言之，從磁振造影影像的成像序列中，取得一組移動敏感度相對較低的關閉擴散磁場梯度影像(即其擴散加權值b=0s/mm²)進行二維影像平滑化，以增強其訊雜比；接著，以kmeans分群演算法將該影像中的每個像素的訊號強度分成三個群集(cluster)，並將群心(cluster center)值最低的群集設為0，其餘的兩個群集設為1，進行影像二元化(binarization)；將二元化處理過的影像進行連通成分標記(connected component labeling)運算，並將其中擁有最大三維體積的標記定義為物體，其餘則定義為背景，即可明確的將影像中背景與物體分離，同時產生一背景遮罩。

接著，以一假影消除演算法，去除該背景中的假影(請見圖3)。簡言之，以欲進行假影消除的擴散磁振造影影像的成像序列中的一第j次成像為例，取得其k空間訊號K(k_x,k_y)，計算該第j次成像中因受試者移動所產生的額外相位變化θ_j，並根據θ_j設定一補償相位值φ_j，再將該補償相位值φ_j加至該第j次成像中所取得的所有訊號相位上，便可得到相位補償訊號k’(kx,ky)，即

，以上述的演算方式套用至成像序列中的所有成像後，即可進行擴散磁振造影影像的重建。

完成重建後，可再進行假影訊號檢測，以確認是否完成消除假影，該檢測係套用該背景遮罩至重建後的影像上，藉以計算其背景中的訊號加總，並判斷背景訊號加總是否已達最小值，若背景訊號之加總值已達最小，則表示完成假影消除。相反的，倘若背景訊號之加總值沒有達到最小，則再次進行該假影消除演算法，更新其補償相位值φ_j與添加相位，並於更新後再次重建影像，且再次進行假影的檢測，此步驟可一再迭代，直至確認已確實消除假影；當經假影訊號的檢測確認加總值達最小後，即完成假影消除。

實施例二、於大鼠的擴散加權自旋迴波(Diffusion Weighting-Pulsed Gradient Spin Echo，DW-PGSE)以及小鼠的擴散加權多重激發迴波平面造影(Diffusion Weighting-Multi-Shot Echo Planar Imaging，DW-MSEPI)兩種影像中消除假影

請參見圖4，於原始的大鼠腦部的擴散加權自旋迴波影像中(圖4A)，可見大鼠腦部401的左右兩側有出現因大鼠活動頭部所產生沿左右方向的灰白色的移動假影，容易造成影像判讀上的困難，接著藉由實施本發明所提供的消除磁振造影中移動假影方法後(圖4B)，可見已大幅度的消除因活動而產生的灰白色移動假影，呈現較清晰可辨的影像。

另外，請參見圖5，於原始的小鼠腦部的擴散加權多重激發迴波平面造影之影像中(圖5A)，小鼠腦部501的上下側有出現因小鼠活動頭部所產生的灰白色的移動假影，同樣透過實施本發明所提供的消除磁振造影中移動假影方法後(圖5B)，可有效的消除因活動而產生的灰白色移動假影，而提供清楚的影像。

Claims

一種修正磁振造影移動假影的方法，其包含：透過一自動化的背景遮罩產生方法將一磁振造影影像進行自動化影像分割，係從該磁振造影影像的成像序列中取得一關閉擴散磁場梯度影像；接著，將該關閉擴散磁場梯度影像中的每個像素依訊號強度進行分群，並根據分群結果進行影像二元化；將二元化處理過的影像進行連通成分標記運算，其中將擁有最大三維體積的標記定義為物體，其餘標記則定義為背景，藉此區分出一物體與一背景，並產生一背景遮罩，其中該關閉擴散磁場梯度影像具有相對較低的移動敏感度；透過一假影消除演算法去除該背景中的假影，該假影消除演算法包含：分別計算該磁振造影影像的成像序列中，每一個成像中所產生的額外相位變化；及計算與設定每一個成像的一補償相位值，並將該補償相位值添加至其各自對應的成像中所取得的所有訊號相位上；及經消除假影後，重建該磁振造影影像為一消除假影的磁振造影影像，並進行一假影訊號檢測，以確認完成假影消除。
如請求項1所述之方法，其中該影像訊號檢測係將該背景遮罩套用至該消除假影的磁振造影影像上，並計算與加總該消除假影的磁振造影影像的背景中的假影訊號。
如請求項2所述之方法，其中，若該假影訊號的加總已達一最小值，即完成假影消除。
如請求項3所述之方法，其中，若該假影訊號的加總未達該最小值，則針對該消除假影的磁振造影影像再次進行該假影消除演算法，以去除其中的假影，並再次進行影像重建與該影像訊號檢測。