基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像提取領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過從CT圖像中提取冠脈血管，并分析序列中血管參數(shù)及運(yùn)動(dòng)信息，從而發(fā)現(xiàn)異 常，對(duì)于揭示心血管疾病具有重要意義，利用冠脈血管三維重構(gòu)技術(shù)獲得的三維血管空間 結(jié)構(gòu)，不僅可以精確定位病變的空間位置，而且可以應(yīng)用于虛擬規(guī)劃及手術(shù)導(dǎo)航中，提高臨 床手術(shù)的質(zhì)量和成功率。心血管分割是正常組織和病變組織的三維重建、定量分析等后續(xù) 操作的基礎(chǔ)，也是臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的瓶頸。分割的準(zhǔn)確性對(duì)醫(yī)生判斷疾病的真實(shí)情況并做出 正確的診斷計(jì)劃至關(guān)重要。經(jīng)過多年發(fā)展，研究者們提出了較多的冠脈血管提取并三維重 構(gòu)方法，包括基于活動(dòng)輪廓框架的分割方法、基于血管骨架的方法、基于分水嶺分割方法、 基于血管跟蹤的方法、基于概率決策方法和基于混合圖譜的方法等。
[0003] 在這些方法中，基于跟蹤方法人工干預(yù)過多，時(shí)間復(fù)雜度高，而其他方法對(duì)圖像閾 值的力度要求過高，容易產(chǎn)生異常值，精度不高。這就亟需本領(lǐng)域技術(shù)人員解決相應(yīng)的技術(shù) 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于三 維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng) 提取方法，其包括如下步驟：
[0006] S1，獲取圖像數(shù)據(jù)后，按照獲取時(shí)間依次對(duì)圖像進(jìn)行排序，對(duì)排序完成的圖像進(jìn)行 直方圖變換；
[0007] S2,對(duì)于變換后的圖像進(jìn)行三維粗分割，將分割的冠狀動(dòng)脈圖像的灰度范圍值進(jìn) 行三維形態(tài)學(xué)處理，通過計(jì)算主動(dòng)脈區(qū)域和腐蝕掉區(qū)域的鄰接點(diǎn)，得到鄰接點(diǎn)構(gòu)成的連通 域；
[0008] S3,遍歷全部鄰接點(diǎn)，執(zhí)行完畢后，輸出每一個(gè)鄰接點(diǎn)構(gòu)成的連通域，執(zhí)行切割冠 狀動(dòng)脈圖像過程，從輸入的三維粗分割數(shù)據(jù)以及全部鄰接點(diǎn)的連通域數(shù)據(jù)從而尋找冠狀動(dòng) 脈的開口點(diǎn)，切割完成冠狀動(dòng)脈圖像。
[0009] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述S2包括：
[0010] 根據(jù)圖像的組成結(jié)構(gòu)和應(yīng)用需求將圖像劃分為若干個(gè)互不相交的子區(qū)域，以區(qū)域 為對(duì)象進(jìn)行分割，根據(jù)相似性原則進(jìn)行分割，將各圖像像素劃歸到相應(yīng)區(qū)域。
[0011] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述SI包括：
[0012] 冠狀動(dòng)脈在成像時(shí)，注入造影劑，在圖像中密度值較高，對(duì)密度值的直方圖進(jìn)行觀 察，得到冠狀動(dòng)脈密度值集中在直方圖高亮度部分，其集中在直方圖靠高亮度的波中，利用 直方圖閾值法，通過自動(dòng)搜索最高密度值的波峰及該波起始處位置，得到分割閾值，實(shí)現(xiàn)閾 值分割。
[0013] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述Sl還包括：
[0014] 窗寬Width為直方圖高亮的波寬度；確定數(shù)據(jù)的中心值，用窗位Level表示對(duì)于 人體器官獲得的某個(gè)值，如果小于確定值，轉(zhuǎn)換成位圖圖像的黑色，即〇值；如果大于確定 值，轉(zhuǎn)換成位圖圖像的白色，即255值；設(shè)初始像素值為X，轉(zhuǎn)變后像素值為y，則公式如下所 示：
[0016] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述S2包括：
[0017] 根據(jù)得到的三維粗分割圖像，得到了心臟冠脈灰度范圍，保留此范圍內(nèi)像素值，其 余的根據(jù)相關(guān)公式置為〇或1 ;為實(shí)現(xiàn)血管的粗分割，通過三維區(qū)域增長(zhǎng)操作，將像素值屬 性相似的相鄰點(diǎn)合并到三維粗分割圖像區(qū)域；設(shè)原始有效像素點(diǎn)集合為〇, 〇中有一有效像 素點(diǎn)Pv，其鄰接點(diǎn)的集合為L(zhǎng)26，需判斷的點(diǎn)為Pd，相似性度量為S，判斷依據(jù)如下：
[0018] pve 〇, p de L 26，如果 Pd滿足 S，
[0019] 則0 = 〇+PdJ_操作將冠狀動(dòng)脈提取出來。
[0020] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述S3包括：
[0021] 通過對(duì)三維粗分割數(shù)據(jù)結(jié)果的觀察，通過三維腐蝕操作將細(xì)小的血管完全腐蝕 掉，通過恢復(fù)性膨脹操作得到除細(xì)長(zhǎng)血管分支之外的主動(dòng)脈部分；通過原體數(shù)據(jù)和腐蝕后 數(shù)據(jù)進(jìn)行減操作得到腐蝕掉的分支，最后根據(jù)鄰接關(guān)系得到疑似點(diǎn)；
[0022] 此處使用結(jié)構(gòu)模板M對(duì)體數(shù)據(jù)A進(jìn)行腐蝕得到體數(shù)據(jù)B，表示為：
[0024] 使用結(jié)構(gòu)模板M對(duì)體數(shù)據(jù)B進(jìn)行膨脹得到體數(shù)據(jù)C，表示為：
[0026] 減操作得到腐蝕掉數(shù)據(jù)D，表示為：
[0027] D = A-C;
[0028] 由于數(shù)據(jù)中具有大量冗余信息，得到的開口點(diǎn)過多，通過判斷心臟主動(dòng)脈圖像是 平滑的，形態(tài)保持接近圓柱；
[0029] 開口點(diǎn)在主動(dòng)脈中心線一定半徑內(nèi)，且其所映射的在上下幾層的點(diǎn)必與主動(dòng)脈所 在層區(qū)域鄰接，根據(jù)此信息由種子點(diǎn)所在層向血管延伸層遍歷，搜索到準(zhǔn)確的兩個(gè)冠狀竇 口就結(jié)束。
[0030] 所述的基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，優(yōu)選的，所述S3包括：
[0031] 得到的主動(dòng)脈部分為體數(shù)據(jù)C ;腐蝕掉的數(shù)據(jù)為體數(shù)據(jù)D ;遍歷所有像素點(diǎn)t e C， 探尋t的26鄰域L26，若有像素點(diǎn)p e D且p e L26，則p為鄰接點(diǎn)，即疑似開口點(diǎn)；
[0032] 輸入的連通域數(shù)據(jù)為得到的鄰接點(diǎn)構(gòu)成的眾多連通域；種子點(diǎn)的獲得如下，選取 一張血管延伸較前端的粗分割圖像切片，依靠近似于圓和靠近切片中央特性，找到圖像中 的主動(dòng)脈區(qū)域H，選取任意一個(gè)像素點(diǎn)p e H即為種子點(diǎn)，
[0033] 當(dāng)前切片的半徑和重心均是通過計(jì)算每一張粗分割切片的主動(dòng)脈區(qū)域H所得，連 通域重心為每個(gè)連通域的重心；
[0034] 其中切片重心與連通域重心之間所要滿足的距離條件是通過醫(yī)學(xué)先驗(yàn)知識(shí)和統(tǒng) 計(jì)學(xué)知識(shí)獲得的，一般為主動(dòng)脈區(qū)域半徑的1.7倍之內(nèi)；竇口點(diǎn)判斷依據(jù)還包括此連通域 上是否有點(diǎn)與當(dāng)前切片主動(dòng)脈區(qū)域二維鄰接；
[0035] 從圖像可以看出，根據(jù)找出的開口點(diǎn)，只要選取合適的角度進(jìn)行切害U，就能將冠脈 血管與雜質(zhì)進(jìn)行分隔，達(dá)到分割的目的，切面是兩個(gè)種子點(diǎn)和計(jì)算出來的點(diǎn)所構(gòu)成的平面， 設(shè)這兩個(gè)點(diǎn)為X1 (PX1, Py1, PZ1)和X2 (px2, py2, PZ2)，則第三個(gè)點(diǎn)的計(jì)算方法如下：
[0036] X3= (min (px !，px2)，max (py!，py2)，mean (pz!，pz2));
[0037] 由于三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)平面，通過這個(gè)面，對(duì)粗分割后的圖像進(jìn)行切割，最終去除雜質(zhì) 得出分割的數(shù)據(jù)。
[0038] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0039] 本發(fā)明將冠脈圖像信息與醫(yī)學(xué)先驗(yàn)知識(shí)緊密結(jié)合，提出了基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈 血管自動(dòng)分割方法。首先利用直方圖自動(dòng)進(jìn)行閾值分割，再利用冠脈的三維特性，自動(dòng)進(jìn)行 冠脈開口點(diǎn)截取，分離心房等部位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較為理想的對(duì)冠狀動(dòng)脈的全自動(dòng)分割。
[0040] 本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0041] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0042] 圖1是本發(fā)明基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法流程圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法鄰接點(diǎn)圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法冠狀竇口探尋流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考 附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0046] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底" "內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限 制。
[0047] 在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語"安裝"、"相連"、 "連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可 以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù) 具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
[0048] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于三維形態(tài)學(xué)的冠脈血管自動(dòng)提取方法，其包 括如下步驟：
[0049] S1，獲取圖像數(shù)據(jù)后，按照獲取時(shí)間依次對(duì)圖像進(jìn)行排序，對(duì)排序完成的圖像進(jìn)行 直方圖變換；
[0050] S2,對(duì)于變換后的圖像進(jìn)行三維粗分割，將分割的冠狀動(dòng)脈圖像的灰度范圍值進(jìn) 行三維形態(tài)學(xué)處理，通過計(jì)算主動(dòng)脈區(qū)