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磁共振图像广泛应用于医学临床,利用计算机辅助诊断各种疾病,提高临床医师诊断准确性,是生物医学工程领域的重要课题。但是由于扫描磁场以及成像设备自身存在的非均匀性,导致磁共振图像存在非均匀场,即同一生理组织灰度值发生缓慢变化的现象。非均匀场的存在严重阻碍了磁共振图像的临床应用。因此,研究如何校正非均匀场有很大的现实意义。
本文对目前存在的非均匀场校正算法进行了调研,并分析各种算法的优缺点,研究了非均匀场的数学模型,介绍了基于模糊聚类校正算法和曲面拟合的基本原理。在此基础上提出两种非均匀场校正算法:改进的模糊C均值校正算法和模糊核聚类校正算法,具体研究工作如下:
本文提出改进的模糊C均值校正算法是将模糊C均值(Fuzzy C-Means,FCM)算法与多通道线圈图像相结合的校正算法。该算法利用SoS(Sum of Squares,SoS)算法对多通道线圈图像进行重建得到SoS图像,并对SoS图像进行FCM聚类,将聚类分割结果映射到线圈图像,再与最小二乘曲面拟合相结合拟合非均匀场,继而进行图像校正。与传统FCM算法对比,该校正算法克服了非均匀场对磁共振图像灰度值的干扰,能够得到较好的分割结果。
拟合非均匀场时为防止过拟合现象,本文提出多阶段迭代校正克服噪声对校正的影响,同时提出多物质曲面拟合,克服单一物质拟合的片面性。实验结果证明改进算法校正效果优于FCM校正。
模糊核聚类校正算法是本文提出的另外一种校正算法。通过引入核方法,将图像灰度值映射到高维特征空间,在高维特征空间进行模糊聚类。此算法可以将输入样本非线性问题转化为线性问题,达到更精确分类。本文利用模糊核聚类算法处理SoS图像,相对于FCM算法,该算法得到的分割效果细节方面更精确,速度方面也优于FCM,同时对非均匀场进行了校正,可以应用于计算机辅助诊断中。