專利名稱：質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于質子磁共振波譜信號處理技術領域，尤其涉及一種質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法。
背景技術：
質子磁共振波譜(1HMRS, IH Magnetic Resonance Spectroscopy)成像設備采集的信號來自IH原子受激輻射的電磁波，由于人體中水分含量極大，故而收到的共振信號中，水分子的信號強度遠高于其他物質的信號強度，它們的頻譜峰值比約為一萬倍左右，即便經過信號采集過程中發(fā)射的抑水脈沖作用，仍有兩百倍左右的頻譜峰值比，嚴重干擾了對感興趣的化合物的濃度分析，所以去除共振信號中的水峰是對感興趣的化合物代謝變化進行分析的前提。 目前磁共振波譜的水峰抑制方法主要有兩種HLSVD (Hankel Lanczos SingularValue Decomposition)和小波變換方法。HLSVD方法可以將信號在時域上分為若干指數(shù)衰減函數(shù)的疊加，而物質峰的理論模型在時域上正是指數(shù)衰減函數(shù)，將水也視作為一種物質，則可以像其他物質一樣經HLSVD分離出來，只要再將分離出的水峰減去即可。小波變換方法則可以將信號在頻域上分解到若干頻帶，去掉水峰所在的頻帶，并將剩余的子帶做反變換即可得到去除水峰的信號了。但是，HLSVD和小波變換方法也有不足之處。其中，HLSVD方法是一種模型擬合方法，該方法獲得有效結果的前提是信號滿足理論模型。然而受不同測量環(huán)境及抑水脈沖的影響，水峰的形狀千差萬別，甚至用幾個指數(shù)衰減函數(shù)都不能完全的表示，這時按照原本的方法計算，水峰就會有較大殘留，影響后續(xù)的定
量處理。小波變換方法的基礎是子帶濾波，然而實際處理結果對于子帶的選擇非常敏感，保留或是去掉一層小波，會導致結果有很大變化，所以如果測量參數(shù)改變導致頻譜的范圍有所變化，需要重新選擇子帶，造成計算操作上的困難，也不能保證計算結果的穩(wěn)定性，不利于跟蹤研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，用于解決目前常用的水峰處理方法存在的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案是，一種質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，其特征是所述方法包括步驟I :對質子磁共振波譜采集的信號進行預處理，得到質子磁共振波譜原始信號序列；步驟2 :提取質子磁共振波譜原始信號序列中的水峰的頻譜分布特征點，得到水峰頻譜分布特征點序列；步驟3 :比較水峰頻譜分布特征點序列和質子磁共振波譜原始信號序列，在水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對應的信號值，得到重構的水峰頻譜分布特征點序列；步驟4:從質子磁共振波譜原始信號序列中減去重構的水峰頻譜分布特征點序列，實現(xiàn)質子磁共振波譜信號中的水峰處理。所述步驟2采用下凸函數(shù)檢測法，包括步驟201 :在質子磁共振波譜原始信號序列中，獲取水峰峰值位置左側和右側兩個設定區(qū)域；步驟202 :對于水峰峰值位置左側和右側兩個設定區(qū)域，按照頻率序號由低到高 的順序檢測每一個頻率對應的信號值，將不滿足下凸函數(shù)條件的頻率和其對應的信號值從質子磁共振波譜原始信號序列中刪除，從而得到水峰頻譜分布特征點序列；所述下凸函數(shù)條件為(fi+1-fi)* a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1]彡(fi+rU * aifj ,其中fH，fi； fi+1分別是序號為i_l，i和i+1的頻率，BtfiJ, a[fJ和a[fi+1]分別是頻率fH，fi和fi+i對應的信號值。所述步驟2采用折線近似法，包括步驟301 :將質子磁共振波譜原始信號序列分為3個區(qū)域，即左側區(qū)域、中間區(qū)域和右側區(qū)域；其中，中間區(qū)域滿足(I)包含水峰峰值；(2)區(qū)域內水峰峰值以左單調增右側單調減；步驟302 :對于每一個設定區(qū)域，取設定區(qū)域的兩個端點位置的頻點對應的信號值，做一條連接兩個信號值的線段，作為近似折線；步驟303 :在相應設定區(qū)域的每個頻點對應的信號值中，尋找距離近似折線最遠的信號值；步驟304 :將距離近似折線最遠的信號值加入近似折線，形成兩條近似折線；步驟305 :對每條近似折線，重復執(zhí)行步驟303-304設定次數(shù)，得到近似折線段族，折線段族的端點構成初步的水峰頻譜分布特征點序列；步驟306 :對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率小于O而右側折線段的斜率大于0，則保留該點，如不符合此條件則刪除該點，將保留下來的點重新連線，得到更新的折線段族；步驟307 :對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率Ic1大于O而右側折線段的斜率k2小于0，并且左側折線段的斜率Ic1和右側折線段的斜率k2滿足條件￥2〈-1時，則刪除該點，并將剩下的點重新連線，得到更新的折線族；步驟308 :對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率Ic1小于O而右側折線段的斜率k2大于0，并且左側折線段的斜率Ic1和右側折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時，則刪除該點，并將剩下的點重新連線，得到更新的折線段族；步驟309 :判斷折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積是否小于-1，如果相鄰的兩條折線段的斜率乘積小于-1，則重復進行步驟307與308直至折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積都大于等于-1，最后保留下來的點組成的序列即為水峰頻譜分布特征點序列。所述在水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻點的位置插入信號值采用線性插值法，其公式為
權利要求
1.一種質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，其特征是所述方法包括 步驟I:對質子磁共振波譜成像設備采集的信號進行預處理，得到質子磁共振波譜原始信號序列； 步驟2 :提取質子磁共振波譜原始信號序列中的水峰的頻譜分布特征點，得到水峰頻譜分布特征點序列； 步驟3 比較水峰頻譜分布特征點序列和質子磁共振波譜原始信號序列，在水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對應的信號值，得到重構的水峰頻譜分布特征點序列； 步驟4 :從質子磁共振波譜原始信號序列中減去重構的水峰頻譜分布特征點序列，實現(xiàn)質子磁共振波譜信號中的水峰處理。
2.根據(jù)權利要求I所述的質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，其特征是所述步驟2采用下凸函數(shù)檢測法，包括 步驟201 :在質子磁共振波譜原始信號序列中，獲取水峰峰值位置左側和右側兩個設定區(qū)域； 步驟202 :對于水峰峰值位置左側和右側兩個設定區(qū)域，按照頻率序號由低到高的順序檢測每一個頻率對應的信號值，將不滿足下凸函數(shù)條件的頻率和其對應的信號值從質子磁共振波譜原始信號序列中刪除，從而得到水峰頻譜分布特征點序列； 所述下凸函數(shù)條件為(fi+1-fi) * a[fi_1] + (fi-fi_1) · a[fi+1] ^ K1) 1 ],其中fi-1； fi，fi+1分別是序號為i_l，i和i+1的頻率，a[fi_J，a[fj和a[fi+1]分別是頻率f^,fi和fi+1對應的信號值。
3.根據(jù)權利要求I所述的質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，其特征是所述步驟2采用折線近似法，包括 步驟301 :將質子磁共振波譜原始信號序列分為3個區(qū)域，即左側區(qū)域、中間區(qū)域和右側區(qū)域；其中，中間區(qū)域滿足 (1)包含水峰峰值； (2)區(qū)域內水峰峰值以左單調增右側單調減； 步驟302 :對于每一個設定區(qū)域，取設定區(qū)域的兩個端點位置的頻點對應的信號值，做一條連接兩個信號值的線段，作為近似折線； 步驟303 :在相應設定區(qū)域的每個頻點對應的信號值中，尋找距離近似折線最遠的信號值； 步驟304 :將距離近似折線最遠的信號值加入近似折線，形成兩條近似折線； 步驟305 :對每條近似折線，重復執(zhí)行步驟303-304設定次數(shù)，得到近似折線段族，折線段族的端點構成初步的水峰頻譜分布特征點序列； 步驟306 :對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率小于O而右側折線段的斜率大于0，則保留該點，如不符合此條件則刪除該點，將保留下來的點重新連線，得到更新的折線段族； 步驟307:對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率Ic1大于O而右側折線段的斜率k2小于0，并且左側折線段的斜率Ic1和右側折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時，則刪除該點，并將剩下的點重新連線，得到更新的折線族；步驟308 :對于折線段族上除兩頭端點外的點，如果左側折線段的斜率Ic1小于0而右側折線段的斜率k2大于0，并且左側折線段的斜率Ic1和右側折線段的斜率k2滿足條件kik2〈-l時，則刪除該點，并將剩下的點重新連線，得到更新的折線段族； 步驟309 :判斷折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積是否小于-1，如果相鄰的兩條折線段的斜率乘積小于-1，則重復進行步驟307與308直至折線段族中相鄰的兩條折線段的斜率乘積都大于等于-1，最后保留下來的點組成的序列即為水峰頻譜分布特征點序列。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法，其特征是所述在水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻點的位置插入信號值采用線性插值法，其公式為 其中，i為水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻率的位置，fi為位置i處的頻率，a' [fj為插入的信號值，fi+1和&分別為位置i+1和i_l處的頻率，a[fi+1]和aU分別為頻率fi+1和fg對應的信號值。
全文摘要
本發(fā)明公開了質子磁共振波譜信號處理技術領域中的一種質子磁共振波譜信號中的水峰處理方法。包括對質子磁共振波譜成像設備采集的信號進行預處理，得到質子磁共振波譜原始信號序列；提取質子磁共振波譜原始信號序列中的水峰的頻譜分布特征點，得到水峰頻譜分布特征點序列；比較水峰頻譜分布特征點序列和質子磁共振波譜原始信號序列，在水峰頻譜分布特征點序列相對于質子磁共振波譜原始信號序列缺少頻率的位置插入頻率和該頻率對應的信號值，得到重構的水峰頻譜分布特征點序列；從質子磁共振波譜原始信號序列中減去重構的水峰頻譜分布特征點序列，實現(xiàn)質子磁共振波譜信號中的水峰處理。本發(fā)明易于實現(xiàn)，并且準確性和運算速度更具優(yōu)勢。
文檔編號A61B5/055GK102805625SQ20121030152
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月22日 優(yōu)先權日2012年8月22日
發(fā)明者竇維蓓, 李源 申請人:清華大學