[发明专利]一种迭代空间模糊聚类的大脑磁共振图像超体素生成方法

摘要

本发明公开了一种迭代空间模糊聚类的大脑磁共振图像超体素生成方法，包括以下步骤：首先，由于人类大脑具有相同的拓扑结构，从基于群体的大脑MRI模板获得一组种子模板；其次，为了排除部分容积效应的影响，提出了一种迭代空间模糊聚类算法，将体素分配给每个种子生成超体素。本发明能较好地应用于大脑磁共振图像，生成有效的大脑磁共振图像超体素。

主权项

1.一种迭代空间模糊聚类的大脑磁共振图像超体素生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，从基于群体的大脑磁共振模板图像构建种子模板，然后投影到个体空间生成个体空间的种子点，具体包括：1‑1，在大脑磁共振模板图像的脑区域均匀采样N个种子点；1‑2，计算大脑磁共振模板图像上每个体素与步骤1‑1的种子点之间的距离，其中，第a个体素与第b个种子点之间的距离D(a,b)＝d_I(a,b)+λd_S(a,b)，d_I(a,b)为第a个体素与第b个种子点之间的灰度距离，d_S(a,b)为第a个体素与第b个种子点之间的空间距离，λ为空间距离与灰度距离的权重；1‑3，采用分层聚类方法，每次将具有最小距离的两个种子点合并成一个新的种子点，生成种子点模板；1‑4，通过将大脑磁共振模板图像配准到个体磁共振图像的方式，将相应的种子点模板投影到个体磁共振图像的空间，生成个体磁共振图像空间的种子点；步骤2，采用一种迭代空间模糊聚类的方法，计算个体磁共振图像的体素和其最近K个种子之间的模糊隶属度，生成超体素，具体包括：2‑1，将步骤1‑4中的个体磁共振图像空间的种子点用向量进行初始化，其中，个体磁共振图像空间的第j个种子点的初始化向量(x_j,y_j,z_j)是个体磁共振图像空间的第j个种子点的坐标，是个体磁共振图像空间的第j个种子点及其3×3×3邻域内所有体素的体素强度的平均值；2‑2，将个体磁共振图像中的每个体素与其最近的K个种子点进行模糊关联，并计算每个体素和其最近的K个种子之间的模糊隶属度：其中，表示个体磁共振图像中的第i个体素与种子点s_k之间的模糊隶属度，D(i,s_k)表示个体磁共振图像中的第i个体素与种子点s_k之间的距离，D(i,s_t)表示个体磁共振图像中的第i个体素与种子点s_t之间的距离，m表示模糊隶属度的模糊加权指数，s_k,s_t∈S，S＝{s₁,s₂,…,s_K}，S表示个体磁共振图像中的第i个体素的最近的K个种子点的集合，k,t＝1,2,…,K；2‑3，使用步骤2‑2计算的模糊隶属度对个体磁共振图像空间的种子点进行更新，得到：其中，N_j表示与个体磁共振图像空间的第j个种子点模糊关联的体素的数量，u_jr表示个体磁共振图像空间的第j个种子点与与其模糊关联的第r个体素的模糊隶属度，v_r＝[x_r,y_r,z_r,I_r]^T，(x_r,y_r,z_r)表示与个体磁共振图像空间的第j个种子点模糊关联的第r个体素的坐标，I_r表示与个体磁共振图像空间的第j个种子点模糊关联的第r个体素的灰度值；2‑4，按照步骤2‑2和2‑3进行对个体磁共振图像空间的种子点进行迭代更新，并定义残余误差，当残余误差小于设定阈值时停止迭代，将每个超体素分配给具有最大模糊隶属度的种子点以生成个体大脑磁共振图像的超体素；步骤3，在确定超体素个数之后，通过步骤2产生大脑磁共振图像的超体素。