一种光声与磁共振联合成像方法

摘要

一种光声与磁共振联合成像方法，包括：对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描，得到目标对象的磁共振图像与光声图像；对磁共振图像与光声图像进行图像配准，得到配准好的磁共振图像；将配准好的磁共振图像加入正则化项中，进而指导光声的图像重建或图像恢复过程。该方法利用磁共振图像出色的解剖结构与梯度信息约束光声的图像重建或图像恢复，生成的图像具有低噪声、低伪影、高分辨和高质量的特点。

权利要求

1.一种光声与磁共振联合成像方法，其特征在于，包括：对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描，得到目标对象的磁共振图像与光声图像；

对磁共振图像与光声图像进行图像配准，得到配准好的磁共振图像；

将配准好的磁共振图像加入正则化项中，引导光声的图像重建或图像恢复；

所述的光声的图像重建过程具体为：将目标对象的光声投影数据代入式(I)得到对应的重建图像，式(I)如下：其中，x为重建图像， 为重建图像时的最小二乘项，p是大小为 的列向量，表示光声投影数据，W的大小为 表示系统矩阵，λ为正则化参数，R(x)为重建图像时的正则化项；

所述的光声的图像恢复过程具体为：将目标对象的光声图像代入式(II)得到对应的恢复图像，式(II)如下：其中，x′为恢复图像， 为恢复图像时的最小二乘项，R(x′)为恢复图像时的正则化项；

所述的光声图像为直接重建出的图像或者光通量校正之后的图像；

所述的重建图像时的正则化项R(x)，通过式(III)得到，式(III)如下：所述的恢复图像时的正则化项R(x′)，通过式(Ⅳ)得到，式(Ⅳ)如下：其中N为总像素数，n表示单个像素，ξn通过式(V)得到，式(V )如下：其中υ为配准好的磁共振图像，η为边界参数。

说明书

一种光声与磁共振联合成像方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物医学成像领域，特别是涉及一种光声与磁共振联合成像方法。

背景技术

[0002] 光声断层成像是一种极具潜能的分子成像模式，能够非侵入性的量化组织的生理生化过程，为疾病的诊断及治疗提供可靠依据。图像重建作为光声断层成像技术的关键步
骤，对光声图像的质量具有很大的影响。重建图像的精度受成像模型不完善、噪声等因素的
影响。此外，对光声图像进行衰减校正会放大图像中的噪声与伪影。

[0003] 为了提高图像的质量，通常需要在图像重建或者图像恢复过程中引入适当的约束或先验知识。然而在目前的方法中，来自光声本模态的先验图像仍然存在对比度差、结构不
清晰的问题，使得重建或恢复图像的质量提升效果差。

[0004] 因此针对现有技术不足，提供一种光声与磁共振联合成像方法以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种光声与磁共振联合成像方法，光声图像能够在去除噪声与伪影的同时保持结构信息不变，获得的重建或者恢复图
像质量高。

[0006] 本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

[0007] 提供一种光声与磁共振联合成像方法，包括：

[0008] 对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描，得到目标对象的磁共振图像与光声图像；

[0009] 对磁共振图像与光声图像进行图像配准，得到配准好的磁共振图像；

[0010] 将配准好的磁共振图像加入正则化项中，引导光声的图像重建或图像恢复。

[0011] 优选的，光声的图像重建过程具体为：

[0012] 将目标对象的光声投影数据代入式(Ⅰ)得到对应的重建图像，式(Ⅰ)如下：

[0013]

[0014] 其中，x为重建图像， 为重建图像时的最小二乘项，p是大小为的列向量，表示光声投影数据，W的大小为 表示系统矩阵，λ为正则化参数，R(x)为重
建图像时的正则化项。

[0015] 优选的，光声的图像恢复过程具体为：

[0016] 将目标对象的光声图像代入式(Ⅱ)得到对应的恢复图像，式(Ⅱ)如下：

[0017]

[0018] 其中，x′为恢复图像， 为恢复图像时的最小二乘项，R(x′)为恢复图像时的正则化项；

[0019] 优选的，光声图像为直接重建出的图像或者光通量校正之后的图像。

[0020] 优选的，通过式(Ⅲ)得到重建图像时的正则化项R(x)，式 (Ⅲ)如下：

[0021]

[0022] 通过式(Ⅳ)得到恢复图像时的正则化项R(x′)，式(Ⅳ)如下：

[0023]

[0024] 其中N为总像素数，n表示单个像素，ξn通过式(Ⅴ)得到，式(Ⅳ)如下：

[0025]

[0026] 其中υ为配准好的磁共振图像，η为边界参数。

[0027] 本发明的光声与磁共振联合成像方法，对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描，得到目标对象的磁共振图像与光声图像；对磁共振图像与光声图像进行图像
配准，得到配准好的磁共振图像；使用配准好的磁共振图像进行光声的图像重建或图像恢
复过程。该方法通过将配准好的磁共振图像作为正则化项引入到光声的图像重建或图像恢
复过程中，利用磁共振图像出色的解剖结构与梯度信息约束光声的图像重建或图像恢复，
光声图像能够在去除噪声与伪影的同时保持结构信息不变，获得低噪声、低伪影、高分辨和
高质量的图像。

附图说明

[0028] 利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

[0029] 图1为本发明实施例2中的小鼠颈部已校正的光声图像与磁共振联合高分辨成像结果。

具体实施方式

[0030] 结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0031] 实施例1

[0032] 一种光声与磁共振联合成像方法，包括：对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描，得到目标对象的磁共振图像与光声图像。对磁共振图像与光声图像进行图
像配准，得到配准好的磁共振图像。将配准好的磁共振图像加入正则化项中，引导光声的图
像重建或图像恢复。

[0033] 需要说明的是，本实施例中目标对象为动物肢体或者组织结构，对目标对象进行磁共振T2序列扫描与光声多光谱扫描使用动物支架固定动物，能够保证动物肢体或者组织
结构在磁共振与光声成像时不发生形变。

[0034] 还需要说明的是，本实施例中磁共振成像与光声成像中采用相同的层厚、层间距、图像尺寸、图像分辨率设置。使用基于互信息的图像配准算法将磁共振图像往光声图像上
配准，但不限于基于互信息的图像配准算法。

[0035] 本实施例中，光声的图像重建过程具体为：

[0036] 将目标对象的光声投影数据代入式(Ⅰ)得到对应的重建图像，式(Ⅰ)如下：

[0037]

[0038] 其中，x为重建图像， 为重建图像时的最小二乘项，p是大小为的列向量，表示光声投影数据，W的大小为 表示系统矩阵，λ为正则化参数，R(x)为重
建图像时的正则化项。

[0039] 本实施例中，光声的图像恢复过程具体为：

[0040] 将目标对象的光声图像代入式(Ⅱ)得到对应的恢复图像，式(Ⅱ)如下：

[0041]

[0042] 其中，x′为恢复图像， 为恢复图像时的最小二乘项，R(x′)为恢复图像时的正则化项；

[0043] 本实施例中，光声图像为直接重建出的图像或者光通量校正之后的图像。光通量校正会放大图像中的伪影和噪声，使用的图像校正之后的图像或者直接重建出的图像能够
避免此问题。

[0044] 本实施例中，通过式(Ⅲ)得到重建图像时的正则化项R(x)，式(Ⅲ)如下：

[0045]

[0046] 通过式(Ⅳ)得到恢复图像时的正则化项R(x′)，式(Ⅳ)如下：

[0047]

[0048] 其中N为总像素数，n表示单个像素，ξn通过式(Ⅴ)得到，式(Ⅳ)如下：

[0049]

[0050] 其中υ为配准好的磁共振图像，η为边界参数。

[0051] 该方法将配准好的磁共振图像作为正则化项引入到图像重建或图像恢复过程中，利用磁共振图像出色的解剖结构与梯度信息约束光声的图像重建或图像恢复，光声图像能
够在去除噪声与伪影的同时保持结构信息不变，光声的图像重建或图像恢复质量提成效果
好。

[0052] 实施例2

[0053] 一种光声与磁共振联合成像方法，其它特征与实施例1相同，不同之处在于：本实施例具体以活体小鼠为实验对象，对校正后的光声图像进行图像恢复，使用商用小动物多
光谱光声断层成像系统(MSOT in Vision128,iTheraMedical,Germany)进行实验数据采
集。重建得到的原始光声图像如图1(a)所示，衰减校正后的光声图像如图1(b)所示，配准好
的磁共振图像如图1(c)所示，恢复的光声图像如图1(d)所示，图1(a)、(b)和(d)下半部分为
上半部分中黑色方框包围的区域显示为放大视图。图1 (c)下半部分为colorbar。从图1中
可以看出，原始光声图像对比度差、结构不清晰，且存在噪声和伪影，虽然衰减校正后的光
声图像增强了深处组织对比度，但也同时放大了伪影及噪声。利用配准好的磁共振图像的
解剖结构信息作为先验信息恢复的光声图像结构更清晰，对比度更强，图像更平滑，噪声和
条纹伪影更少，图像质量更高。

[0054] 该光声与磁共振联合成像方法，光声图像能够在去除噪声与伪影的同时保持结构信息不变，获得低噪声、低伪影、高分辨和高质量的图像。

[0055] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理
解，可以对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范
围。