下载文档原格式
脑部MRI图像头皮三维提取及重建马阿敏;杨荣骞;宁海;白红民;黎丽华;吴效明【摘要】A new scalp extraction method for Magnetic Resonance Imaging (MRI) brain images in 3D was proposed for the requirements of image guided surgery on fast and accurate positioning in craniotomy. Firstly, anisotropic diffusion filtering was used to reduce noises, and the brain parenchyma image was got by the medical software of BrainSuite3. Afterwards, the brain parenchyma was removed and the threshold of scalp from non-brain-image was calculated. Thirdly, outside surface was extracted by mathematical morphology. Finally, combined with the gray value of scalp, the scalp was reconstructed by Marching Cube (MC) algorithm. The experiments show that this method can extract scalp effectively and the precision reaches sub-pixel's level by connecting threshold, mathematical morphology and MC algorithm.%开颅手术中,为了满足手术导航系统进行快速、准确定位的要求,提出一种脑部核磁共振成像(MRI)图像三维头皮轮廓提取方法.首先采用各向异性扩散滤波方法对图像滤波,借助BrainSuite3医学软件获取脑标记图像；然后将图像中脑实质部分剔除,根据非脑组织图像计算头皮组织的分割阈值；再利用数学形态学处理二值图像获取头皮轮廓；最后结合目标灰度信息,用移动立方体(MC)算法进行三维重建.实验结果表明,该方法结合阈值、数学形态学和MC算法,能连续、光滑地提取出头皮外轮廓,并使精度达到亚像素级别.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2013(033)005【总页数】4页(P1439-1442)【关键词】核磁共振成像图像分割;各向异性扩散滤波;数学形态学;三维头皮提取;亚像素;移动立方体算法【作者】马阿敏;杨荣骞;宁海;白红民;黎丽华;吴效明【作者单位】华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006;华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006;华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006;广州军区广州总医院神经外科,广州510010;华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006;华南理工大学生物科学与工程学院,广州510006【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言在手术导航系统中，让医生简单、准确、快速地判定出肿瘤和手术器械的位置，是一个技术难点，而患者头部的标记点和一些器官(如耳朵、鼻子等)在定位过程中有着重要的参考价值。
核磁共振工作原理和成像过程核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种基于原子核的物理现象，用于研究物质的结构和性质。
核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）则是利用核磁共振原理进行医学影像学上的成像技术。
下面将详细介绍核磁共振的工作原理和成像过程。
核磁共振是基于原子核磁矩与外部磁场的相互作用来实现的。
原子核具有自旋，相当于一个微小的磁偶极子，具有磁矩。
当外部磁场作用于物质中的原子核时，原子核的自旋会在磁场的作用下发生预cession（进动），类似于陀螺仪的运动。
核磁共振成像的过程主要包括磁场生成、激射、信号接收和图像重建等步骤。
首先是磁场生成。
核磁共振成像需要一个强大且稳定的磁场，通常使用超导磁体来产生强磁场。
这个磁场可以使原子核自旋的能级发生分裂，以便进行后续的操作。
接着是激射过程。
在磁场的作用下，原子核的能级发生分裂，会有一部分原子核处于较高能级。
通过向物体中注入一定的能量（通常是无线电波能量），可以使这些原子核从高能级跃迁到低能级，产生共振现象。
然后是信号接收。
当原子核跃迁到低能级时，会释放出一定的能量，这部分能量会以无线电信号的形式被接收到。
接收到的信号包含了物质的信息，如原子核的类型、数量和分布等。
最后是图像重建。
通过对接收到的信号进行处理和分析，可以得到物体内部的信息，并将其转化为图像。
这个过程涉及到信号处理、空间编码和成像算法等多个步骤，最终可以得到高分辨率的图像，用于医学诊断和研究等领域。
核磁共振成像具有非侵入性、无辐射、无副作用等优势，已经成为医学影像学中广泛应用的一种技术。
它可以清晰地显示人体内部的软组织结构，对于检测肿瘤、脑部疾病、骨骼疾病等具有重要的临床价值。
核磁共振工作原理是基于原子核的自旋与外部磁场的相互作用，通过磁场生成、激射、信号接收和图像重建等步骤，实现对物质结构和性质的研究。
核磁共振成像则是利用核磁共振原理进行医学影像学上的成像技术，具有重要的临床应用价值。
磁共振成像技术误差来源分析磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种医学影像诊断技术，通过利用原子核磁共振现象，对人体组织进行高分辨率成像。
然而，磁共振成像技术并非完美无缺，误差是其不可避免的特点之一。
本文将对磁共振成像技术中的误差来源进行详细分析。
I. 主磁场不均匀性误差主磁场是磁共振成像的基础，其均匀性对成像质量至关重要。
主磁场不均匀性误差来源于以下几个方面：1. 外部磁场扰动：周围环境的磁场变化会导致主磁场的不均匀性。
例如，建筑结构、电气设备和金属物品都可能产生磁场扰动。
2. 主磁体设计和制造：磁体的设计和制造工艺对主磁场的均匀性有着直接影响。
不完美的磁体制造可能导致主磁场的不均匀性增加。
3. 温度变化：主磁体的温度变化会影响磁场的稳定性和均匀性。
温度变化可能导致磁体局部收缩或膨胀，进而影响主磁场的均匀性。
II. 梯度磁场误差梯度磁场是磁共振成像中用于空间编码的重要组成部分。
梯度磁场误差会导致成像空间定位的不准确性。
以下是几种常见的梯度磁场误差来源：1. 梯度线圈不均匀性：梯度线圈的制造和安装质量会影响梯度磁场的均匀性。
线圈内部导线的尺寸、位置及连接方式都会对梯度场造成影响。
2. 梯度电流漂移：梯度电流的漂移会导致梯度磁场的变化，从而造成成像定位误差。
梯度电流漂移可能是由电源不稳定、导线阻抗变化等因素导致的。
3. 磁铁非线性：梯度磁场与主磁场之间有耦合作用，主磁场的不均匀性会影响梯度磁场的均匀性。
非线性磁铁可以导致梯度磁场的扭曲，从而影响成像空间定位的准确性。
III. 射频场和接收链路误差射频场是磁共振成像中用于激发和接收信号的重要部分。
射频场和接收链路误差可能产生以下误差来源：1. 射频梯度线圈误差：射频梯度线圈的设计和制造质量会影响激发和接收的射频场的均匀性。
线圈内部的导线尺寸、位置和连接方式也会对射频场产生影响。
2. 射频场不均匀性：射频场的不均匀性会导致成像信号的强度和分布出现误差，从而影响成像质量。
磁共振成像设备的工作原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种通过利用核磁共振现象来获得人体组织图像的医学检查技术。
它可以提供高分辨率、无创伤的全身解剖图像，对病理性变化早期的发现和定量分析具有重要意义。
那么，磁共振成像设备是如何工作的呢？下面将详细介绍MRI设备的工作原理。
首先，磁共振成像设备包括主磁场系统、梯度磁场系统和射频系统。
主磁场系统是整个设备的核心，产生一个极强的定向磁场，通常为1到3特斯拉。
这个磁场可以将人体内的核磁共振信号分离出来。
在主磁场的作用下，人体内的水分子和其他核自旋（比如氢原子核）会产生一个差异很小的能级分裂。
然后，梯度磁场系统起到定位的作用，通过改变磁场的强度和方向，可以选择性地激发和感应特定区域的核磁共振信号。
接下来，利用射频系统，通过传送一系列射频脉冲激发患者体内的核自旋。
这些射频脉冲将导致核自旋从基态向激发态跃迁，并在脉冲结束后，核自旋会回到基态并释放出能量。
这些释放的能量即为核磁共振信号。
为了获得高质量的MRI图像，必须对核磁共振信号进行针对性的频率分析和空间编码。
频率分析是指将复杂的核磁共振信号转换为频率分量，以获得不同的核磁共振频率信息。
而空间编码则是指通过改变梯度磁场的强度和方向，对核磁共振信号在空间上进行编码。
最后，通过一系列计算和图像重建算法，将获得的核磁共振信号转换为高质量的图像。
这些算法包括傅里叶变换、滤波、插值和二维重建等步骤，以达到优化图像质量的目的。
综上所述，磁共振成像设备的工作原理主要包括主磁场系统、梯度磁场系统和射频系统的协同作用。
通过产生一个高强度的定向磁场、改变梯度磁场的强度和方向、利用射频脉冲激发和感应核磁共振信号，并通过频率分析和空间编码，最终获得高质量的MRI图像。
这种非侵入性的成像技术在临床上的广泛应用将进一步提高医学诊断的精确性和准确性。
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种通过核磁共振现象来获得人体组织图像的非侵入性检查技术。
核磁共振影像成像原理
核磁共振影像（MRI）是一种医学成像技术，其成像原理主要基于磁共振现象和核磁共振现象。
MRI利用强大的磁场和特定频率的无线电波来获取对人体组织的高分辨率影像。
MRI成像的原理是利用磁共振现象。
当被测物质处于外部磁场中时，其原子核会发生预cession运动。
当通过外加的RF场瞬时打断了这种预cession运动，该原子核会向外辐射出一个电磁波，即核磁共振现象。
接收机会接收这个信号，并把它转换为可视化的图像。
MRI成像的过程包括成像前的准备，成像中的数据采集，以及成像后的图像重建。
在成像前，患者需要进入能产生高强度磁场的MRI 设备中，从而对人体产生环境影响，包括电磁波和声音等。
在成像过程中，磁场和RF频率会不断变化，从而采集数据。
在成像后，通过数学算法处理采集到的数据，形成最终的图像。
MRI成像可以提供高分辨率、多层次的人体组织影像，对于诊断和治疗各种疾病都有很大的帮助。
同时，MRI成像无辐射、无创伤，是一种安全的医疗成像技术。
核磁数据处理步骤引言核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，通过检测人体组织中的氢原子核的信号来生成图像。
在进行MRI之前，需要对采集到的核磁共振数据进行一系列的处理步骤，以提高图像质量和准确度。
本文将介绍核磁数据处理的基本步骤和常用方法。
1. 数据预处理1.1 数据格式转换在进行核磁共振成像时，原始数据通常以DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）格式保存。
需要将DICOM格式的数据转换为常见的图像格式（如NIfTI、Analyze等），以便后续处理。
1.2 去除噪声由于采集过程中存在各种噪声源，例如机械振动、呼吸等，需要对原始数据进行噪声去除。
常用的方法包括高斯滤波、小波去噪等。
1.3 空间校正由于人体组织中存在局部不均匀性，可能导致图像失真。
在进行后续处理之前，需要对图像进行空间校正。
常用的方法包括使用配准算法将图像与标准模板对齐。
2. 数据重建在核磁共振成像中，数据是通过采集一系列的k空间数据点得到的。
为了生成图像，需要将k空间数据进行重建。
常用的方法有以下几种：2.1 快速傅里叶变换（FFT）FFT是一种常用的k空间数据重建方法，可以将时域数据转换为频域数据。
通过对采集到的k空间数据进行FFT变换，可以得到图像。
2.2 滤波重建滤波重建是一种基于频域滤波的重建方法。
通过选择适当的滤波函数，可以对k空间数据进行滤波处理，以去除伪影和噪声，并提高图像质量。
2.3 压缩感知（Compressed Sensing）压缩感知是一种新兴的数据重建方法，在核磁共振成像中得到了广泛应用。
该方法利用信号稀疏性的特点，通过稀疏表示和优化算法，可以从非完全采样的k空间数据中恢复出高质量的图像。
3. 图像增强为了提高图像质量和对比度，需要对重建后的图像进行增强处理。
核磁共振成像原理
核磁共振成像（MRI）是一种利用原子核自旋的性质来获得人体或物体内部详细的图像的非侵入式影像技术。
在核磁共振成像中，利用强磁场和射频脉冲来激发体内的原子核自旋，然后通过检测产生的信号来重建图像。
核磁共振成像的基本原理是基于核磁共振效应。
原子核具有自旋，当处于外加磁场中时，原子核自旋会分为两种方向，即顺磁性和抗磁性。
在强磁场中，顺磁性核自旋的能级会比抗磁性核自旋的能级高，这样就形成了一个能级差。
当外加射频脉冲通过共振频率作用于这些原子核时，可以使原子核发生能级跃迁，从而产生电磁信号。
在核磁共振成像中，首先需要建立一个强静态磁场，通常使用超导磁体来产生极强的磁场。
然后，通过射频线圈向所需成像区域的局部产生一个变化的磁场，这样就能够激发信号。
同时，可以通过调节射频线圈的参数来选择性地激发特定区域的原子核。
接下来，利用梯度线圈产生磁场梯度，使得信号具有空间分辨能力。
通过在X、Y和Z方向上产生不同的梯度磁场，可以对不同的空间位置进行编码，从而实现三维图像的重建。
在实际图像重建中，通过检测并测量激发信号的频率和幅度，可以获取有关原子核自旋状态的信息。
然后，利用数学算法和图像重建技术，可以将这些信号转化为二维或三维的图像。
这些图像可以显示出人体或物体内部不同组织的特征，如器官、
血管、肌肉等。
核磁共振成像具有清晰、无创和非放射性的优点，因此在医学领域得到广泛应用，用于诊断和监测各种疾病。
同时，核磁共振成像也被用于科学研究和工业应用中，如材料分析和地质探测等。
优先出版 计 算 机 应 用 研 究 第32卷--------------------------------作者简介：敬朝阳(1989-)，女，四川南充人，硕士研究生，主要研究方向为医学图像重构(jingzhaoyang@)；杨晓梅(1973-)，女，四川乐山人，副教授，博士，主要研究方向为医学图像处理、模式识别；王郗雨(1989-)，男，四川乐山人，硕士研究生，主要研究方向为压缩感知重构、人脸识别．基于稀疏与低秩的核磁共振图像重构算法敬朝阳，杨晓梅，王郗雨(四川大学 电气信息学院，成都 610065)摘 要：已有的基于压缩感知的核磁共振图像重构算法仅利用了数据的稀疏性或矩阵的低秩性，并没有充分利用图像数据的相关性先验知识。
针对这一问题，本文提出了一种新型的应用于二维核磁共振图像重建的算法模型。
与传统的单一利用原始数据的稀疏性或矩阵低秩性进行重建的方法不同，本文的方法同时利用了图像数据的稀疏性与矩阵的低秩性。
矩阵低秩部分使用应用赤池信息量准则的奇异值分解阈值方法，数据稀疏部分使用全变分作为稀疏变换基。
实验结果表明本文的方法在相同的采样率下与应用赤池信息量准则的奇异值分解阈值方法、全变分方法和奇异值分解阈值方法相比大大提升了重建图像的质量。
关键词：核磁共振成像；低秩；稀疏；赤池信息量准则；奇异值分解；全变分 中图分类号：TP29；TP3O1.6 文献标志码：ALow-rank and sparsity-based MRI reconstruction algorithmJING Zhao-yang, YANG Xiao-mei, WANG Xi-yu(School of Electrical Engineering & Information, Sichuan University, Chengdu 610065, China)Abstract: The existing nuclear Magnetic Resonance Image(MRI) reconstruction algorithms that based on compression sensing were only used the sparsity of the data or low-rank of matrix, they did not make full use of the correlation among image data. In order to solve this problem, this paper introduces a new kind of algorithm that apply to two-dimensional Magnetic Resonance Imaging. In contrast to classical MRI reconstruction schemes that rely on the low-rank of matrix or sparsity of the data, this reconstruction model uses both of them, effectively exploiting the correlations among the data during reconstructing process. In the low-rank part, Akaike’s Information Criterion(AIC) is used to determine threshold value in singular-value-threshold(SVT) algorithm (AIC-SVT), And in the sparsity part, Total Variation (TV) is applied as sparse transform basis. Validations using phantom and MRI data demonstrate that compared with AIC-SVT model, SVT model or TV model, this AIC-SVT-TV model can significantly improve reconstructed image qualify at the same under-sample rate. Key Words: MRI; low-rank; sparsity; AIC; SVD; TV0 引言人体组织的核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)始于上世纪七十年代，由于其成像清晰，对人体没有伤害等优点，近年来在生物工程领域和信号处理领域得到了广泛的研究与应用[1]。
核磁共振成像核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，通过利用核磁共振现象，生成具有高对比度和空间分辨率的影像。
它在临床医学中应用广泛，可用于对人体各部位进行准确的诊断和评估。
本文将介绍核磁共振成像的原理、应用和未来发展。
一、原理核磁共振成像利用核磁共振现象来获取图像信息。
核磁共振现象是指在外加静磁场和射频脉冲作用下，原子核的核自旋将发生共振现象，产生特定的信号。
这些信号经过采样和处理后，可以生成图像。
在进行核磁共振成像时，首先需要将患者放置在强磁场中，使得患者体内的原子核自旋与磁场方向达到一致。
然后，通过施加射频脉冲，短暂改变原子核的自旋状态。
当射频脉冲结束时，原子核的自旋会重新恢复到与磁场方向一致的状态。
这个过程中，原子核会释放出射频信号，称为自由感应衰减（Free Induction Decay，FID）信号。
FID信号中包含了原子核的空间信息，但是它是时域信号，无法直接用于图像生成。
因此，还需要对FID信号进行傅里叶变换，将其转换为频域信号，即核磁共振谱（NMR Spectrum）。
通过梯度磁场的施加，可以对样品中不同位置的原子核产生不同的共振频率，从而得到不同位置的核磁共振谱。
最后，根据这些核磁共振谱进行处理和重建，就可以生成具有空间分辨率的MRI图像。
二、应用核磁共振成像在医学领域有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：1. 肿瘤诊断：MRI可以提供高分辨率、多平面和多序列的肿瘤图像，有助于明确肿瘤的位置、边界和体积。
同时，MRI还可通过不同的脉冲序列提供关于肿瘤组织血供和代谢状态的信息。
2. 神经影像学：MRI可以对脑、脊髓和 periphera神经进行评估，用于诊断和鉴别多种神经系统疾病，如中风、脑瘤、多发性硬化症等。
3. 心血管成像：MRI可用于评估心脏和血管的结构和功能，如冠状动脉疾病、先天性心脏病等。
此外，MRI还可用于心肌灌注和心肌纤维化的评估。
脑部核磁共振原理1. 引言脑部核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种非侵入性的医学影像技术，通过利用核磁共振现象对人体进行断层成像，用于观察和诊断脑部疾病。
本文将详细介绍与脑部核磁共振原理相关的基本原理。
2. 核磁共振现象核磁共振现象是一种基于原子核的物理现象。
在一个外加静磁场的作用下，原子核的磁矩会发生取向，这个取向的状态可以表达为两个能级的分裂。
当外加一个特定的射频脉冲时，能级之间的能量差可以被吸收或释放，此过程称为共振吸收。
3. 核磁共振成像原理核磁共振成像利用核磁共振现象对人体进行成像。
其基本原理是通过改变静磁场的梯度，使不同位置的原子核处于共振状态的时间不同，从而获取不同位置的核磁共振信号。
3.1 静磁场在核磁共振成像中，需要一个强大而稳定的静磁场。
静磁场的产生通常通过超导磁体来实现，超导磁体由超导体和冷却系统组成，能够产生高达数特斯拉的磁场。
3.2 梯度磁场为了获得不同位置的核磁共振信号，需要在静磁场中施加梯度磁场。
梯度磁场是指在空间上有方向和大小变化的磁场，可以通过改变梯度磁场的强度和方向来控制成像位置。
梯度磁场通常由线圈产生。
3.3 射频脉冲为了激发原子核的共振吸收，需要施加射频脉冲。
射频脉冲是指特定频率和幅度的电磁波脉冲，在特定的时间内施加在人体内。
射频脉冲的频率与原子核的共振频率相匹配，能够使原子核从低能级跃迁到高能级。
3.4 信号检测与数据采集当原子核吸收射频脉冲后，会产生一个共振信号。
这个信号可以通过接收线圈探测到，并转换成电信号。
接收线圈通常位于患者的头部，用于接收脑部的核磁共振信号。
接收到的信号经过放大和滤波后，转换成数字信号进行数据采集和处理。
3.5 图像重建通过采集到的核磁共振信号，可以得到一个原始的k空间数据。
k空间是一种用于表示空间频率的数学空间，其中不同位置代表不同频率分量。
通过对k空间数据进行傅里叶变换，可以得到图像空间的数据。
核磁共振MRCP成像原理及成像技术核磁共振胆道成像（MRCP）是一种无创、无放射线的成像技术，用于评估胆道及胰腺的解剖结构和病变。
MRCP利用强大的磁场和无害的无线电波，对人体内部结构进行成像。
核磁共振成像原理：核磁共振（NMR）基于原子核自旋的性质，通过磁场的作用使原子核的自旋方向发生改变，当磁场消失时，原子核会重新恢复初始状态，这个过程中会产生能量。
核磁共振成像利用这一原理，通过对组织中的原子核进行定向磁场的作用和无线电波的刺激，得到影响原子核自旋状态的能量信号，从而重建出图像。
MRCP胆道成像技术：MRCP胆道成像依靠对胆囊和胆管内液体的成像来显示胆管的腔内情况，并将胆囊、胆管和胆总管等结构的图像信息展现出来。
其主要有以下几种技术：1. 电流成像（Cholangiopancreatography，CP）：使用单一腔的经静脉应用的对比剂快速注射，对胆管和胰管进行扩张，然后进行成像。
这种方法适用于对胆汁功能进行评估。
2. 坡斜（开放）MRCP：通过使用不同的脉冲顺序和临界选肌腺直径的成千上万的图像所产生的图像序列来改善图像。
3. 全体坡斜MRCP：通过利用多接收面元成像的脉冲顺序，坡斜成像进行三维成像。
4. 磁场装配图像（F-MRAP）：通过使用一种新的成像模式来改善图像质量。
采用不同的磁流密度和温度模混合来刺激原子核以产生图像。
MRCP胆道成像技术的优势：1. 无创：无需穿刺和手术，避免了传统胆道成像的痛苦和风险。
2. 无放射线：相比于传统的X射线造影，MRCP无辐射，对患者的健康更加安全。
3. 分辨率高：MRCP能够提供高分辨率的胆道结构图像，可以清晰显示细小的胆管和结石。
4. 多方位观察：MRCP可以在三个平面（横断面、冠状面和矢状面）上观察胆道结构，有利于诊断和评估。
5. 多参数评价：除了显示胆道结构外，MRCP还能评估胆囊的功能和胆管的流量情况。
虽然MRCP胆道成像具有上述优势，但也存在一些局限性，例如：无法显示胆管壁的细微病变以及无法清楚显示胆管周围的血管和淋巴结。
