基于心臟ct圖像的全心臟提取方法
【專利摘要】一種基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其包括以下步驟：獲取心臟CT圖像；去除心臟CT圖像中的肺部組織、降主動脈組織、胸腔壁組織和椎骨組織得到中間圖像；以及去除所述中間圖像中的噪聲組織。本發(fā)明方法從逆向角度出發(fā)，通過逐步去除胸腔壁、肺部、椎骨和降主動脈等非心臟組織來實現(xiàn)提取全心臟的目的，其具有自適應(yīng)性強、運行效率高、提取效果精確等優(yōu)點，能夠快速嵌入到現(xiàn)有醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)遠程輔助診斷。
【專利說明】基于心臟CT圖像的全心臟提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機視覺及圖像處理領(lǐng)域，具體是一種基于心臟CT圖像的全心臟提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全心臟提取在眾多領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價值，例如在心血管類疾病診斷中，提供冠狀動脈的三維可視化；肺部腫瘤放療計劃制定時輔助放療醫(yī)生劃定放療靶區(qū)，避開心臟等健康組織；以及對全心臟的心室、心房等腔室單獨診斷等等。
[0003]目前針對CT圖像的心臟提取的研究大多采用直接提取心臟目標區(qū)域的方法，主要利用注射造影劑后心臟腔室內(nèi)血池與其他組織的高對比度來實現(xiàn)。方法大致分為兩類，一類是傳統(tǒng)二維圖像分割方法的組合優(yōu)化，常用到的有K均值聚類、圖割、ACM/ASM和模糊集合理論等；另一類是基于三維統(tǒng)計模型的方法，通過對大量手動分割數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，建立完整的全心臟模型，然后利用模型匹配來實現(xiàn)提取全心臟。
[0004]上述兩類方法都是從問題本身出發(fā)，直接以心臟目標區(qū)域為研究對象，期望利用各種方法從整個CT斷層圖像中提取出整個心臟，然而往往會造成心臟邊緣組織丟失或殘余噪聲組織等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是供一種新的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，包括以下步驟:
[0008]獲取心臟CT圖像；
[0009]去除心臟CT圖像中的肺部組織、降主動脈組織、胸腔壁組織和椎骨組織得到中間圖像；以及
[0010]去除所述中間圖像中的噪聲組織。
[0011]在上述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法中，優(yōu)選地，去除肺部組織的方法包括:利用大津閾值方法提取心臟CT圖像中的主要肺部區(qū)域；用孔洞填充方法對主要肺部區(qū)域的斷裂部及孔洞進行填充，獲得完整的肺部區(qū)域。
[0012]在上述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法中，優(yōu)選地，利用連通域標記和圓率去除降主動脈組織。
[0013]在上述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法中，優(yōu)選地，去除胸腔壁組織的方法包括:在CT圖像中提取胸腔壁以外的組織作為距離映射的指定源區(qū)域；在CT圖像視野中對所述指定源區(qū)域取反，獲得目標區(qū)域；利用有符號歐式距離映射計算所述目標區(qū)域到所述指定源區(qū)域的距離映射圖像；通過檢測肺部區(qū)域所覆蓋的SSED距離映射圖中的值獲得胸腔壁的厚度，去除所述距離映射圖像中距離小于所述厚度的區(qū)域，得到去除胸腔壁的蒙版；以及用所述蒙版去除心臟CT圖像中的胸腔壁組織。[0014]在上述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法中，優(yōu)選地，去除椎骨組織的方法包括:閾值化分割，提取心臟CT圖像中的骨密質(zhì)組織；用降主動脈的頂端中心點、底端中心點和平均半徑設(shè)置閾值化后圖像中的椎骨范圍；將各圖層中存在于所述椎骨范圍內(nèi)的骨密質(zhì)組織疊加，獲得去椎骨的蒙版；以及用所述去椎骨的蒙版去除心臟CT圖像中的椎骨組織。
[0015]在上述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法中，優(yōu)選地，去除噪聲組織的方法包括:求取待處理圖像的SSED距離映射圖像；以區(qū)域半徑為特征對SSED圖像進行閾值化，去除噪聲組織；以及沿去除噪聲組織除后的圖像的最外側(cè)邊緣線，分別以邊緣點為圓心，以噪聲組織的最大半徑為半徑畫圓，對圓覆蓋區(qū)域內(nèi)的源圖像進行判別，恢復(fù)源圖像中的前景點。
[0016]本發(fā)明方法從逆向角度出發(fā)，以非目標區(qū)域(肺部組織、降主動脈組織、胸腔壁組織和椎骨組織)為對象進行處理，通過逐步去除胸腔壁、肺部、椎骨和降主動脈等非心臟組織來實現(xiàn)提取全心臟的目的，其具有自適應(yīng)性強、運行效率高、提取效果精確等優(yōu)點，能夠快速嵌入到現(xiàn)有醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)遠程輔助診斷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為一實施例基于心臟CT圖像的全心臟提取方法的流程圖；
[0018]圖2為去除胸腔壁蒙版形成原理圖；
[0019]圖3為胸腔壁去除過程示意圖；
[0020]圖4為去除胸腔壁后的三維效果圖；
[0021]圖5為去椎骨蒙版形成原理圖；
[0022]圖6為椎骨去除過程示意圖；
[0023]圖7為去除的椎骨組織的三維效果圖；
[0024]圖8為去除噪聲組織的原理圖；
[0025]圖9為噪聲組織去除過程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。這些更詳細的描述旨在幫助理解本發(fā)明，而不應(yīng)被用于限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可以不需要一些或者所有這些特定細節(jié)即可實施本發(fā)明。而在其它情況下，為了避免將發(fā)明創(chuàng)造淡化，未詳細描述眾所周知的操作過程。
[0027]本方案從逆向角度出發(fā)，以非目標區(qū)域為研究對象，通過逐步去除胸腔壁、肺部、椎骨和降主動脈等非心臟組織來實現(xiàn)提取全心臟的目的。
[0028]如圖1所示，本基于心臟CT圖像的全心臟提取方法包括以下步驟:
[0029]步驟SI，獲取心臟CT圖像。利用GE Light Speed VCT設(shè)備，從隆突水平至心底部對患者整個心臟區(qū)域進行斷層掃描，總圖層數(shù)約為200層，層厚為0.625mm，單幅圖像大小為512*512，像素點間距為0.488281mm。
[0030]步驟S2，去除心臟CT圖像中的肺部組織。
[0031]一種較佳提取肺部組織的方法是:首先，直接利用大津閾值方法(0TSU方法)提取心臟CT圖像中的主要肺部區(qū)域。由于肺動脈、肺靜脈和支氣管等組織的干擾導(dǎo)致提取到的主要肺部區(qū)域存在斷裂、孔洞等現(xiàn)象，因此，接下來用孔洞填充方法對主要肺部區(qū)域的斷裂部及孔洞進行填充，獲得完整的肺部區(qū)域。
[0032]步驟S3，去除心臟CT圖像中的降主動脈組織。
[0033]一種較佳的方法是，利用連通域標記和圓率去除降主動脈組織。更具體地說，首先，對心臟CT圖像進行閾值化，較佳的閾值T = 1200。然后利用連通域標記對圖像中的各個區(qū)域進行標號，并分別提取各個連通域的圓率幾何特征。由于降主動脈呈明顯的圓形，由此可以順利的提取出降主動脈組織。
[0034]步驟S4，去除心臟CT圖像中的胸腔壁組織。
[0035]心臟CT斷層圖像中胸腔壁基本呈現(xiàn)出帶狀，胸腔壁外側(cè)和內(nèi)測邊緣似兩條平行的曲線。利用有符號歐氏距離映射(SSED)計算出胸腔壁各點的距離映射圖像，然后對距離映射圖像進行閾值化操作，即可獲得去除胸腔壁的模板，實現(xiàn)去除胸腔壁組織。
[0036]基于該原理，一種較佳的去除胸腔壁組織的方法包括:
[0037]在CT圖像中提取胸腔壁以外的組織作為距離映射的指定源區(qū)域RSM，如圖2中的a子圖中的深色部分所示；
[0038]在CT圖像視野中對所述指定源區(qū)域Rsrc取反，獲得目標區(qū)域Rtjw,如圖2中的b子圖中的深色部分所示；
[0039]利用有符號 歐式距離映射(SSED)計算所述目標區(qū)域Rtjbj到所述指定源區(qū)域Rsrc的距離映射圖像，如圖2中的c子圖；
[0040]通過檢測肺部區(qū)域所覆蓋的SSED距離映射圖中的值，獲得胸腔壁的厚度W，去除所述距離映射圖像中距離小于所述厚度w的區(qū)域，如圖2中的d子圖，得到去除胸腔壁的蒙版；
[0041]用所述蒙版去除心臟CT圖像中的胸腔壁組織。
[0042]圖3示出了胸腔壁去除過程，其中子圖a為心臟CT斷層圖像中去除胸腔壁前的狀態(tài)，子圖b、c為蒙版為形成，子圖d為去除胸腔壁后的狀態(tài)。
[0043]圖4示出了去除胸腔壁后的三維效果，其中四個子圖a_d分別為不同視角的狀態(tài)。
[0044]步驟S5，去除心臟CT圖像中的椎骨組織。
[0045]這里采用“蒙版疊加”來解決椎節(jié)中間層難分割問題，從而實現(xiàn)去除椎骨組織。具體方法包括:
[0046]閾值化分割，設(shè)定閾值T = 1600，提取心臟CT圖像中的骨密質(zhì)組織，同時排除了大多數(shù)的血管和心室干擾組織(血管、心室的CT值約為1200)；
[0047]用降主動脈的頂端中心點、底端中心點和平均半徑設(shè)置閾值化后圖像中的椎
骨范圍。通過對上述降主動脈的統(tǒng)計分析，獲得降主動脈頂端中心點Start_t?(i，j)、
底端中心點End_tOT(i，j)，以及平均半徑Ravg，由此得到閾值化后圖像中的椎骨范圍
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?° <./ < maxEndCi,ilin..n\.[0048]將各圖層中存在于所述椎骨范圍Scale內(nèi)的骨密質(zhì)組織疊加，獲得去椎骨的蒙版；
[0049]以及用所述去椎骨的蒙版去除心臟CT圖像中的椎骨組織。[0050]圖5示出了去椎骨的蒙版的形成原理。其中，子圖a為椎骨結(jié)構(gòu)，三個子圖b、c、d為三個椎節(jié)的橫截面圖，子圖e為疊加后得到的去椎骨的蒙版。
[0051]圖6示出了椎骨去除過程。其中，子圖a為心臟CT斷層圖像中去除椎骨前的狀態(tài)，子圖b為閾值化分割后的狀態(tài)，子圖c、d為排除了大多數(shù)的血管和心室干擾組織后的狀態(tài)。
[0052]圖7示出了去除的椎骨組織的三維效果。其中四個子圖a_d分別為不同視角的狀態(tài)。
[0053]步驟S6，去除噪聲組織。
[0054]一種較佳的方法是，對有符號歐式距離映射(SSED)進行擴展，充分利用距離映射反映出的噪聲組織區(qū)域各點的位置關(guān)系，達到快速準確去除噪聲組織的目的。具體方法包括:
[0055]求取待處理圖像的SSED距離映射圖像，如圖8中的子圖b。隨著映射距離增大，高映射值(如圖8中的子圖c)代表的閉合邊緣線逐漸變得平滑，假設(shè)需要去除的細小區(qū)域的最大寬度為L = max {I = \\p- q\\ , Vp，9 e A p ，那么距離映射圖像中的干擾區(qū)內(nèi)部的最大
值小于，通過提取的內(nèi)部區(qū)域就能夠?qū)⒓毿^(qū)域平滑掉；
[0056]用對SSED圖像進行閾值化，將小于d的區(qū)域去掉，得到消除細小區(qū)域的
初步結(jié)果(如圖8中的子圖c)。S卩，以區(qū)域半徑為特征對SSED圖像進行閾值化，去除噪聲組織；
[0057]由于SSED圖像向內(nèi)收縮是全局的，非干擾區(qū)的邊緣點也會向內(nèi)收縮，所以對SSED進行直接閾值化后，會導(dǎo)致非干擾區(qū)的邊緣也被切割。為避免該問題，此時需要進行圖像復(fù)原，方法為，沿去除噪聲組織除后的圖像的最外側(cè)邊緣線，分別以邊緣點為圓心，以噪聲組織的最大半徑為半徑畫圓，對圓覆蓋區(qū)域內(nèi)的源圖像進行判別，恢復(fù)源圖像中的前景點。此時由于細小干擾區(qū)域的所有點已經(jīng)被去除，該操作不會對其進行復(fù)原。圖8中子圖d、e、f示出了圖像復(fù)原過程，子圖a為去除噪聲組織前的狀態(tài)。
[0058]圖9示出了噪聲組織去除過程。其中，上、中、下三組子圖為三個心臟CT斷層圖像的去除過程，去除過程從左到右，最左邊的為含噪聲組織的狀態(tài)，最右邊的為去除噪聲組織后的狀態(tài)。
[0059]上述方法從逆向角度出發(fā)，以非目標區(qū)域為研究對象，并對多種傳統(tǒng)圖像處理方法進行改進和優(yōu)化，實現(xiàn)了全心臟提取，其具有自適應(yīng)性強、運行效率高、提取效果精確等優(yōu)點，能夠快速嵌入到現(xiàn)有醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)遠程輔助診斷。
【權(quán)利要求】
1.基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 獲取心臟CT圖像； 去除心臟CT圖像中的肺部組織、降主動脈組織、胸腔壁組織和椎骨組織得到中間圖像；以及 去除所述中間圖像中的噪聲組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，去除肺部組織的方法包括:利用大津閾值方法提取心臟CT圖像中的主要肺部區(qū)域；用孔洞填充方法對主要肺部區(qū)域的斷裂部及孔洞進行填充，獲得完整的肺部區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，利用連通域標記和圓率去除降主動脈組織。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，去除胸腔壁組織的方法包括: 在CT圖像中提取胸腔壁以外的組織作為距離映射的指定源區(qū)域； 在CT圖像視野中對所述指定源區(qū)域取反，獲得目標區(qū)域； 利用有符號歐式距離映射計算所述目標區(qū)域到所述指定源區(qū)域的距離映射圖像；通過檢測肺部區(qū)域所覆蓋的SSED距離映射圖中的值獲得胸腔壁的厚度，去除所述距離映射圖像中距離小于所述厚度的區(qū)域，得到去除胸腔壁的蒙版；以及用所述蒙版去除心臟CT圖像中的胸腔壁組織。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，去除椎骨組織的方法包括: 閾值化分割，提取心臟CT圖像中的骨密質(zhì)組織； 用降主動脈的頂端中心點、底端中心點和平均半徑設(shè)置閾值化后圖像中的椎骨范圍； 將各圖層中存在于所述椎骨范圍內(nèi)的骨密質(zhì)組織疊加，獲得去椎骨的蒙版；以及 用所述去椎骨的蒙版去除心臟CT圖像中的椎骨組織。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于心臟CT圖像的全心臟提取方法，其特征在于，去除噪聲組織的方法包括: 求取待處理圖像的SSED距離映射圖像； 以區(qū)域半徑為特征對SSED圖像進行閾值化，去除噪聲組織；以及沿去除噪聲組織除后的圖像的最外側(cè)邊緣線，分別以邊緣點為圓心，以噪聲組織的最大半徑為半徑畫圓，對圓覆蓋區(qū)域內(nèi)的源圖像進行判別，恢復(fù)源圖像中的前景點。
【文檔編號】G06T5/00GK103985122SQ201410210011
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月17日
【發(fā)明者】袁克虹, 張碩, 張廣 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院