基于單演信號特征距離和互相關變換光流算法的電影核磁共振圖像序列運動估計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電影核磁共振圖像序列運動估計方法，特別設及基于單演信號特征距 離和互相關變換光流算法的電影核磁共振圖像序列運動估計方法。
【背景技術】
[0002] 屯、功能不全是一種臨床常見綜合癥，病情嚴重可導致屯、力衰竭癥狀的出現(xiàn)，早期 評估預測患者的屯、肌運動特點對屯、臟疾病的診斷和治療有重大意義。屯、肌運動的運動估計 與跟蹤對于臨床屯、功能量化評估、圖像引導的手術導航具有重要的意義，對于醫(yī)學工程領 域中關于非剛體建模和運動仿真也具有重要的指導作用。屯、臟疾病特別是屯、血管疾病也會 導致異常的屯、臟運動。屯、肌梗死患者的左屯、室就會出現(xiàn)運動功能不全的現(xiàn)象。如果屯、臟疾 病阻礙人體局部屯、肌血液灌注，則會出現(xiàn)運動機能減退、非同步收縮運動、反常運動甚至不 能運動等四種異常的屯、肌運動形式。屯、臟是一個始終處于運動狀態(tài)中的器官，對左屯、室進 行運動分析目的在于通過提取屯、臟序列圖像中左屯、室的特征信息，跟蹤屯、肌在一個屯、動周 期中的運動軌跡。
[0003] 核磁共振成像(Ma即etic Resonance Imaging,MRI)技術已經(jīng)成為屯、臟疾病臨床 診斷的重要輔助手段。該技術能夠無侵入地檢測人體的組織和器宮，而且其成像機理使得 該方法對生物體內如屯、臟運樣的軟組織特別有效。在屯、臟疾病診斷和屯、功能評估等領域 中，基于核磁共振成像序列的屯、臟運動和形變估計是一個不可忽視的研究方向。由于電影 核磁共振圖像的灰度非常相近，難W找到密集的對應特征點，因而對于電影核磁共振圖像 的運動估計比對于加標記的核磁共振圖像的運動估計更具有難度，目前國內外研究較少。 而針對電影核磁共振圖像的灰度相近，特征稀少的挑戰(zhàn)，引入更多的特征用于運動估計就 顯得很重要了。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決核磁共振成像技術難W找到密集的對應特征點，對于電 影核磁共振圖像的運動估計比對于加標記的核磁共振圖像的運動估計更具有難度的問題， 而提出的基于單演信號特征距離和互相關變換光流算法的電影核磁共振圖像序列運動估 計方法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過W下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 步驟一、利用空間正交濾波器在電影核磁共振圖像中提取單演信號的局部相位、 局部方位和局部振幅Ξ種特征，將Ξ種特征聯(lián)合構造 Ξ維單演信號特征矩陣;其中，設置電 影核磁共振圖像序列中任意兩幅相鄰的圖像為Ii和12;
[0007] 步驟二、用Ξ維單演信號特征矩陣分別代替彩色RGB圖像的巧巾顏色通道信息作為 光流算法的輸入圖像;利用基于零均值歸一化互相關系數(shù)的公式計算光流算法的輸入圖像 局部特征的匹配特征項Ed(V)作為光流算法的匹配特征項;其中，光流算法由數(shù)據(jù)的匹配公 式和平滑公式兩部分構成；
[0008] 步驟Ξ、利用雙邊濾波器根據(jù)基于零均值歸一化互相關系數(shù)的光流算法的平滑公 式對兩幅相鄰的圖像Ii和12進行濾波，限定電影核磁共振圖像的點的位移V的最小化匹配誤 差即電影核磁共振圖像局部特征的平滑特征項Es(V);
[0009] 步驟四、將步驟二計算的匹配特征項Ed(V)和步驟Ξ計算的電影核磁共振圖像局 部特征的平滑特征項Es(V)表示為聯(lián)合的能量公式：
[0010] Ε(ν) = ε . Ed(V)+Es(V) (1)
[0011] 其中，ε為平衡參數(shù)，在光流算法中，有兩個變量需要估計，分別是電影核磁共振圖 像像素點的水平方向位移U和電影核磁共振圖像像素點的垂直方向的位移v;V=(u，v);Ed (V)為電影核磁共振圖像的最小化匹配誤差即圖像局部特征的匹配特征項;Es(V)為電影核 磁共振圖像局部特征的平滑特征項。
[0012]發(fā)明效果
[0013] 本發(fā)明的目的是為了提高電影核磁共振序列圖像運動估計的精度。而提出基于單 演信號距離和互相關變換光流法的電影核磁共振圖像序列運動估計方法。
[0014] 在本發(fā)明中，我們利用ASSESS工具箱生成模擬屯、肌運動圖像序列和位移場來確定 新型光流算法的精度。通過ASSESS軟件生成模擬的電影核磁共振圖像序列D30R20P0F20， D30R20P3F20，D30R20P0F34，D30R20P3F34,運些序列的運動結果是提前設定好的，通過運些 值與估計出的位移值進行比對，就可W算出運動估計算法精度。D30表示收縮或舒張30%， R20表示旋轉角度20度，P0表示健康的序列，P3表示有疾病的序列，F(xiàn)20表示序列中有20帖， F34表示序列中有34帖。如圖2(a)中的電影核磁共振圖像和圖2(b)中的加標記的核磁共振 圖像比起來特征稀少，所W將圖2(a)中的圖像分解成單演信號的振幅信息如圖2(c)，相位 信息如圖2(d)，方位信息如圖2(e)，然后合成偽彩色圖像如圖2(f)。圖2(f)比圖2(a)具有更 多的特征信息。
[0015]本發(fā)明采用平均角度誤差AAE(Average Angle化ror)衡量運動估計效果
[0016] 角度誤差常用于直觀的給出光流估計結果的好或者差。其計算方法為，對圖像每 一點計算其估計的速度與光流真值速度的夾角，夾角越小表示角度結果越準確。平均角度 誤差AAE(Average Angle Error),平均角度誤差是一種重要的量化評估光流估計結果的方 法。設圖像任意點P的角度誤差為Eae(p))是兩個流向量vo(p) = (u〇，v〇WPvi(p) = (ui，vi^p 點在2D空間的角度(u〇，vo)和(ui，vi).我們可W得到：
[0017] EAE = arccos(vo, vi)
[0018] 角度誤差適合用來評價大速度和小速度的位移。如果位移的結果給定了，那么Eae (P)是估計值和真值之間的角度誤差。AAE是Eae(p)平均值。
[0019] 并且本發(fā)明采用平均終止點誤差AEP(average end-point)衡量運動估計效果終 止點誤差化nd Point化ror)用來衡量兩個光流終止點之間的距離，公式是
[0020]
[0021 ] 如果真實結果給定，那么vo(p) = (U0, V0)表示真值，vi(p) = (U1, VI)表示估計值。 A邸(Average End-point lirror)是終止點誤差的平均值。標準差（standard deviation, STD)用來評價運動估計結果的穩(wěn)定性。
[0022] 本發(fā)明主要采用光流算法，所W和目前效果較好的Sun光流算法，還有經(jīng)典的LK光 流算法進行比較。比較效果如表1所示。
[0023] 表1平均角度誤差和平均終止點誤差（均值±標準差）（角度誤差：度，終止點誤 差:像素）
[0024]

【附圖說明】
[0025] 圖1為具體實施Ξ提出的單演信號分解示意圖；其中，φ為單演相位，目為單演方 位，A為單演振幅，r表示單演信號相位向量，Ρ為ρ(χ)，ql為qi(x)，q2為Q2(x)，q為q(x));
[0026] 圖2(a)為【具體實施方式】一提出的電影核磁共振圖像；
[0027] 圖2(b)為【具體實施方式】一提出的加標記的核磁共振圖像；
[0028] 圖2(c)為【具體實施方式】一提出的局部振幅圖像；
[0029] 圖2(d)為【具體實施方式】一提出的局部相位圖像；
[0030] 圖2(e)為【具體實施方式】一提出的局部方位圖像；
[0031] 圖2(f)