血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)oct圖像的融合方法
【專利摘要】一種血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，所述方法包括以下步驟：a.圖像檢索：對(duì)于在血管段上相同位置處采集的IVUS和IV-OCT圖像，將一幀IV-OCT圖像作為參考圖像，從在該點(diǎn)采集的n幀IVUS圖像中選取待配準(zhǔn)的圖像；b.IVUS和IV-OCT圖像的配準(zhǔn)；c.IVUS和IV-OCT圖像的融合。本發(fā)明將同一段血管的IV-OCT與IVUS圖像數(shù)據(jù)融合起來，充分發(fā)揮了IVUS成像的強(qiáng)組織穿透力和IV-OCT成像高分辨率的優(yōu)勢(shì)，獲得了對(duì)血管壁以及粥樣硬化斑塊的更為全面的描述，為冠心病的研究等提供了可靠依據(jù)。
【專利說明】血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對(duì)同一段血管的血管內(nèi)超聲（intravascularultrasound, IVUS)灰階圖像和血管內(nèi)OCT(intravascularopticalcoherencetomography,IV-OCT) 圖像進(jìn)行自動(dòng)融合的方法，以全面顯示血管腔和血管壁(包括粥樣硬化斑塊）組織的形態(tài)結(jié) 構(gòu)，屬于醫(yī)學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 血管內(nèi)超聲（IVUS)是臨床常用的研究血管病變的介入影像手段，它將一個(gè)微型高 頻超聲探頭置于心導(dǎo)管頂端，利用心導(dǎo)管將超聲探頭導(dǎo)入血管腔內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，再經(jīng)電子成 像系統(tǒng)來顯示血管壁的組織結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)的微細(xì)解剖信息。血管內(nèi)光學(xué)相干斷層掃描 (IV-OCT)采用低相干的近紅外光在血管腔內(nèi)進(jìn)行360°掃描，根據(jù)從組織反射或散射回來 的不同光學(xué)特征進(jìn)行組織分析成像，獲得血管橫斷面圖像，其成像分辨率接近組織學(xué)分辨 率，是目前分辨率最高、成像最清晰的血管內(nèi)成像技術(shù)。
[0003]IV-OCT與IVUS的成像原理類似，且二者具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)：IVUS由于采用高頻 超聲探頭，因此可獲得較好的探測(cè)深度，但是空間分辨率較低，對(duì)血管微小結(jié)構(gòu)變化提供的 信息有限；IV-OCT的軸向和側(cè)向分辨率都很高，接近組織學(xué)分辨率，易識(shí)別易損斑塊及引 起血栓的小斑塊，但由于采用紅外光源，導(dǎo)致其組織穿透力較弱，穿透深度僅為1_2_。因 此，如果能夠?qū)煞N圖像融合在一起，就能獲得對(duì)血管壁以及粥樣硬化斑塊的更為全面的 描述，為冠心病的研究等提供依據(jù)。然而到目前為止，人們還未能找到一種能將兩種圖像有 效融合的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像 的融合方法，以全面顯示血管腔和血管壁(包括粥樣硬化斑塊）組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)，為冠心病 的研究等提供可靠依據(jù)。
[0005] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案解決的： 一種血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，所述方法包括以下步驟： a.圖像檢索 對(duì)于在血管段上相同位置處采集的IVUS和IV-OCT圖像，將一幀IV-OCT圖像作為參考 圖像，從在該點(diǎn)采集的/7幀IVUS圖像中選取待配準(zhǔn)的圖像，具體步驟如下： ① 采用snake模型分別從參考IV-OCT圖像和對(duì)應(yīng)的/7幀IVUS圖像中提取出血管腔輪 廓； ② 分別對(duì)IVUS和IV-OCT圖像中的血管腔輪廓進(jìn)行傅里葉變換； ③ 分別計(jì)算參考IV-OCT圖像中血管腔輪廓的傅里葉描述與對(duì)應(yīng)的/7幀IVUS圖像中血 管腔輪廓的傅里葉描述之間的歐氏距離，選取歐氏距離最小的一幀IVUS圖像作為待配準(zhǔn) 的圖像； b. IVUS和IV-OCT圖像的配準(zhǔn) ① 分別計(jì)算IV-OCT和IVUS圖像中的血管腔輪廓周長4和Zv，得到尺度參數(shù)S=ZtjAv, 然后對(duì)IVUS圖像中的血管腔輪廓進(jìn)行S倍放大； ② 分別計(jì)算IV-OCT和IVUS圖像中管腔輪廓的質(zhì)心坐標(biāo)Cr。，_7。）和Crv，得到平 移參數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，其特征是，所述方法包括以下步驟： a. 圖像檢索 對(duì)于在血管段上相同位置處采集的IVUS和IV-OCT圖像，將一幀IV-OCT圖像作為參考 圖像，從在該點(diǎn)采集的/7幀IVUS圖像中選取待配準(zhǔn)的圖像，具體步驟如下： ① 采用snake模型分別從參考IV-OCT圖像和對(duì)應(yīng)的/7幀IVUS圖像中提取出血管腔輪 廓； ② 分別對(duì)IVUS和IV-OCT圖像中的血管腔輪廓進(jìn)行傅里葉變換； ③ 分別計(jì)算參考IV-OCT圖像中血管腔輪廓的傅里葉描述與對(duì)應(yīng)的/7幀IVUS圖像中血 管腔輪廓的傅里葉描述之間的歐氏距離，選取歐氏距離最小的一幀IVUS圖像作為待配準(zhǔn) 的圖像； b. IVUS和IV-OCT圖像的配準(zhǔn) ① 分別計(jì)算IV-OCT和IVUS圖像中的血管腔輪廓周長4和Zv，得到尺度參數(shù)S=ZtjA v, 然后對(duì)IVUS圖像中的血管腔輪廓進(jìn)行S倍放大； ② 分別計(jì)算IV-OCT和IVUS圖像中管腔輪廓的質(zhì)心坐標(biāo)Cr。，_7。）和Crv，得到平 移參數(shù)：
然后將進(jìn)行S倍放大的IVUS管腔輪廓平移（7；，7；); ③ 將原始IV-OCT管腔輪廓及放大平移之后的IVUS管腔輪廓分別進(jìn) 行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到二者的極坐標(biāo)視圖：
其中#是極徑，#是極角； 現(xiàn)場(chǎng)采集的IVUS和IV-OCT橫截面圖像按如下方式建立平面直角坐標(biāo)系：以圖像中心 4為坐標(biāo)原點(diǎn)、水平向右方向?yàn)闄M軸，建立圖像平面直角坐標(biāo)系;則血管腔輪廓上的一 點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Cr, _7)與極坐標(biāo)（^，〃）之間的變換關(guān)系為：
然后計(jì)算極坐標(biāo)視圖句和/T(A巧之間的旋轉(zhuǎn)角度fP; ④ 將放大平移后的IVUS管腔輪廓X(U)旋轉(zhuǎn)角度f?，得到最終的配準(zhǔn)圖像無 ，并將IV-OCT圖像表示為尤(X3Jf); c. IVUS和IV-OCT圖像的融合 ① 分別對(duì)配準(zhǔn)的IVUS圖像尤和IV-OCT圖像進(jìn)行/次二維小波分解：
其中，_/ = ￡U…，/_，/=〇時(shí)是原始圖像;//和G分別為高通濾波器和低通濾波器對(duì)應(yīng)的 系數(shù)矩陣;V和f分別為//和G的共軛轉(zhuǎn)置矩陣；?.和?.+1分別是第J'和，1層分解圖像 的低頻小波系數(shù)和/^.+i分別是第J+1層分解圖像的水平、垂直及對(duì)角方向的高 頻小波系數(shù)； ② 對(duì)相應(yīng)像素點(diǎn)的高、低頻小波系數(shù)采用不同融合規(guī)則進(jìn)行融合； ③ 對(duì)融合圖像的高頻和低頻小波系數(shù)進(jìn)行逆小波變換： /?f rrr JrjBne WTTk^ 廣 C- - Ml IfL, ^ HhCir MMlJ^ Hhif CjSLI-, Λ~€τ Ca2^-.. ? ^plr·. jrnH. Sttti , 其中_/=JUJ?,即得到ivus及iv-ocT的融合圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，其特征是，對(duì)相應(yīng) 像素點(diǎn)的高、低頻小波系數(shù)進(jìn)行融合時(shí)，低頻系數(shù)采用平均值融合規(guī)則：
其中，G(AJf)和<5*(1銬分別是IV-OCT圖像和IVUS圖像在點(diǎn)Cr, _7)的第J+1層 分解圖像的低頻小波系數(shù)是融合圖像在點(diǎn)Cr, _7)的第J+1層分解圖像的低頻 小波系數(shù)； 高頻系數(shù)采用最大倌融合規(guī)則：
其中，i=l，2, 3分別對(duì)應(yīng)水平、垂直及對(duì)角方l·'彳；Df1KF)和分別是IV-OCT 圖像和IVUS圖像在點(diǎn)Cr, _7)的第J+1層分解圖像的水平、垂直、對(duì)角方向的高頻小波系數(shù)； 是融合圖像在點(diǎn)Cr, _7)的第，1層分解圖像的水平、垂直、對(duì)角方向的高頻小波 系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，其特征是，計(jì) 算極坐標(biāo)視圖和Λ(/^)之間的旋轉(zhuǎn)角度爐的具體方法如下 ： 分別對(duì)極坐標(biāo)視圖/η(Λ句和進(jìn)行傅里葉變換，得到茗和式,并 計(jì)算二者之間的互功率譜
其中，K(U3V)和瓦· (I4V)分別是式(ItV)和艽(UUV)的復(fù)共軛，計(jì)算P(H1V)的逆傅里 葉變換，并記錄其峰值坐標(biāo)cr，10,最終得到旋轉(zhuǎn)角度-:
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，其特征是，對(duì) IVUS和IV-OCT圖像中的血管腔輪廓進(jìn)行傅里葉變換的具體方法是：將管腔輪廓曲線放到 復(fù)平面上，形成一個(gè)復(fù)數(shù)序列，對(duì)該復(fù)數(shù)序列進(jìn)行離散傅里葉變換并進(jìn)行系數(shù)歸一化，得到 輪廓的傅里葉描述。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的血管內(nèi)超聲與血管內(nèi)OCT圖像的融合方法，其特征是，對(duì)配準(zhǔn) 的IVUS圖像尤(Ajr)和IV-OCT圖像尤(Ajr)進(jìn)行二維小波分解的次數(shù)為/=2。
【文檔編號(hào)】G06T5/50GK104376549SQ201410666827
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】孫正, 胡宏偉 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）