一種獲取冠狀動脈血管運(yùn)動信息的方法，屬醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，用于解決心臟運(yùn)動信息獲取的問題。其技術(shù)方案是：它是在完成Ｘ射線冠狀動脈造影圖像序列中各時(shí)刻主要血管分支骨架三維重建的基礎(chǔ)上，采用一種基于彈性配準(zhǔn)的三維運(yùn)動估計(jì)方法，將血管骨架的運(yùn)動估計(jì)轉(zhuǎn)化為對連續(xù)時(shí)刻的骨架線進(jìn)行匹配，計(jì)算出每個(gè)血管骨架點(diǎn)在心動周期中的運(yùn)動向量和運(yùn)動軌跡，根據(jù)估計(jì)出的各血管骨架點(diǎn)在圖像序列中各時(shí)刻的運(yùn)動向量，提取出冠狀動脈在心動周期中的運(yùn)動信息，包括整體和局部運(yùn)動參數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)不僅提取血管運(yùn)動信息的精度高，而且操作簡便，工作效率高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種從覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動周期的數(shù)字x射線冠狀動脈造影圖像序列中提取血管相關(guān)運(yùn)動信息的方法，屬醫(yī)學(xué)檢測
技術(shù)介紹
冠狀動脈是供應(yīng)心臟血液的重要血管，它位于心外膜表面，在心動周期中隨心肌有節(jié)律地運(yùn)動，因此冠脈的運(yùn)動可反映心臟本身的運(yùn)動。x射線冠狀動脈造影是目前國際上公認(rèn)的診斷和治療冠心病的主要依據(jù)。采用血管造影圖像不僅可以檢測缺血性損傷(血管狹窄)的 位置和程度，與同一場景的一或二幅靜態(tài)圖像相比，圖像序列可以提供更為豐富的信息，即 隱含著心動周期中的血管變形等動態(tài)信息。早期對造影圖像序列中冠狀動脈運(yùn)動情況的研究大多數(shù)都僅限于跟蹤有限的特征點(diǎn)，例如植入心臟的金屬標(biāo)記或者血管樹的分支點(diǎn)等。前者由于操作上的困難，實(shí)用意義不大；后 者由于可識別的冠脈樹分叉點(diǎn)的數(shù)目有限，只能估計(jì)冠狀動脈局部的運(yùn)動，而無法獲得其整 體的運(yùn)動信息。同時(shí)需要操作者在過程開始時(shí)選擇分叉點(diǎn)或輸入分叉點(diǎn)的坐標(biāo)，所花費(fèi)的計(jì) 算時(shí)間很長。后來，研究者們開始利用數(shù)字圖像處理的方法，例如運(yùn)動向量場(di印lacement vector field, DVF)和光流法從造影圖像序列中提取冠狀動脈的二維運(yùn)動信息。但是二維圖 像的最大缺陷在于通過透視投影成像，將空間結(jié)構(gòu)重疊到二維成像平面上，因而損失了大部 分空間信息。而實(shí)際的血管運(yùn)動是三維的，并且具有空間和時(shí)間的不均勻性，因此僅根據(jù)一 個(gè)角度的二維圖像序列并不能得到對冠脈運(yùn)動的準(zhǔn)確估計(jì)，需要采用多個(gè)角度的圖像序列， 估計(jì)血管的三維運(yùn)動o Puentes ("Dynamic feature extraction of coronary artery motion using DSA image sequences, ，， IEEE Transactions on Medical Imaging, vol. 17， no. 6，pp. 857-871, 1998)提出將某一時(shí)刻重建出的三維血管骨架分別向下一時(shí)刻的左右成像平面 反投影，然后采用光流法得到相鄰時(shí)刻間血管骨架的二維運(yùn)動向量，進(jìn)而重建出三維向量。 該方法在反投影過程中會再次引入三維重建中的標(biāo)定誤差和匹配誤差，因而結(jié)果的精度不高。 同時(shí)采用光流法進(jìn)行二維運(yùn)動估計(jì)，不僅計(jì)算量大，而且還存在抗噪性能差、對圖像的幀采 樣率要求較高等局限，而X射線造影成像系統(tǒng)臨床所拍攝的圖像序列很難滿足其對圖像質(zhì)量 禾口采樣率的要求。Ding ("Quantification of 3-D coronary arterial motion using clinical biplane cineangiograms, ，, International Journal of Cardiac Imaging, vol. 16， no. 00， pp. 331-346, 2000)采用由粗糙到精細(xì)的模板匹配方法跟蹤冠脈的非均勻運(yùn)動，通過對包含目 標(biāo)血管段的窗口在圖像中進(jìn)行匹配實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤。由于血管是狹長的結(jié)構(gòu)，不管采用矩 形窗口還是圓形窗口，血管都只占據(jù)窗口中很小的一部分，因此很難設(shè)定一個(gè)包含整個(gè)血管 段的窗口。另一方面，如果選擇一系列小窗口對血管段進(jìn)行跟蹤，由于窗口之間缺乏足夠的 約束，也很難得到滿意的結(jié)果。孫正(題目為"血管造影圖像序列中冠狀動脈的三維運(yùn)動估 計(jì)".載生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，vol. 23， no. 2， pp. 428-432， 2006)提出將三維重建和運(yùn)動估 計(jì)結(jié)合起來進(jìn)行的方法首先從原始圖像中提取出主要血管分支的骨架，然后采用匹配法估 計(jì)相鄰時(shí)刻間各骨架點(diǎn)的二維運(yùn)動向量，并采用外極約束優(yōu)化估計(jì)結(jié)果，最后重建出三維運(yùn) 動向量。該方法的結(jié)果在很大程度上取決于高質(zhì)量的二維提取和兩個(gè)角度投影間精確的逐點(diǎn) 匹配。前者由于臨床采集的冠脈造影圖像一般信噪比較低，且圖像中常出現(xiàn)不同血管互相重 疊的現(xiàn)象，因此從圖像中精確地提取出血管結(jié)構(gòu)是很困難的，常需要操作者的大量手動參與， 現(xiàn)有的全自動算法不能保證對何種圖像都能成功；后者一般采用計(jì)算機(jī)視覺中的外極約束作 為匹配的依據(jù)，外極線匹配的準(zhǔn)確度依賴于成像系統(tǒng)幾何變換矩陣的精度，而且二維處理引 入的誤差同樣可能導(dǎo)致像素點(diǎn)的錯誤匹配。三維點(diǎn)的坐標(biāo)是根據(jù)二維對應(yīng)點(diǎn)計(jì)算求得，因此 點(diǎn)的匹配誤差將直接影響三維點(diǎn)坐標(biāo)的精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提出一種精度高、操作簡便、工作效率高的獲 取冠狀動脈血管運(yùn)動信息的方法。本專利技術(shù)所稱問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它是在完成X射線冠脈造影圖像序列中各時(shí)刻 主要血管分支骨架三維重建的基礎(chǔ)上，采用一種基于彈性配準(zhǔn)的三維運(yùn)動估計(jì)方法，將血管 骨架的運(yùn)動估計(jì)轉(zhuǎn)化為對連續(xù)時(shí)刻的骨架線進(jìn)行匹配，計(jì)算出每個(gè)血管骨架點(diǎn)在心動周期中 的運(yùn)動向量和運(yùn)動軌跡，根據(jù)估計(jì)出的各血管骨架點(diǎn)在序列中各時(shí)刻的運(yùn)動向量，提取出冠 狀動脈在心動周期中的運(yùn)動信息，具體步驟如下a. 采集兩個(gè)角度的、覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動周期的X射線冠狀動脈造影同步圖像序列，對 序列中各時(shí)刻的血管骨架進(jìn)行三維重建，得到用連續(xù)B樣條曲線表示的三維血管骨架序列；b. 采用彈性配準(zhǔn)的方法，將三維血管骨架序列中相鄰時(shí)刻骨架的運(yùn)動估計(jì)轉(zhuǎn)化為對連續(xù) 時(shí)刻骨架線的匹配，計(jì)算出各骨架點(diǎn)的運(yùn)動向量-對3D B樣條曲線表示的血管分支骨架進(jìn)行均勻采樣，得到序列中不同時(shí)刻骨架點(diǎn)的有序 集合"^.OXx,.(7"),y,(w),z,0)],("7 = 0,1,...,M, — l;/ = l,2,...,r)}，并通過使匹配誤差函數(shù)C(m -1， ,m,M) = g(aD一 + + W,.^)最小，找到^和Vl之間的最優(yōu)匹配，從而得附=1到三維運(yùn)動場。其中M,是時(shí)刻f的血管骨架點(diǎn)數(shù)；r是圖像序列的幀數(shù)；a、 P、 y是權(quán)重 因子；￡>鯽=A(i(附)，A(i(m) = c/(m, ) — c/(m_l,w') ， t/(m，w) = < _《t ， <i(m — l，w')=《一 《"表示&中的第w個(gè)點(diǎn)， < 表示s,中的第"個(gè)點(diǎn)；A— = k, (") - rM+ (") -,0)| ， 和7",(x)分別是曲線/在點(diǎn)x處的曲率和撓率；A* =卜- "'l ，"和分別是s,.中與《,和《:1相匹配的點(diǎn)的序號。采用動態(tài)規(guī)劃完成對最優(yōu)值的搜索，保證解的全局最優(yōu)和數(shù)字計(jì)算的穩(wěn)定性，非常適合 于編程。同時(shí)附加唯一性、單調(diào)性和位移約束條件，限制可能解的搜索空間，減少計(jì)算量。c.根據(jù)估計(jì)出的各血管骨架點(diǎn)在序列中各時(shí)刻的運(yùn)動向量，提取出包含在每個(gè)三維點(diǎn)對(運(yùn)動向量的起點(diǎn)和終點(diǎn))中的運(yùn)動信息。上述獲取冠狀動脈血管運(yùn)動信息的方法，所述運(yùn)動信息的提取方法是 計(jì)算時(shí)刻,血管骨架線上相鄰點(diǎn)間距離之和即得血管軸線的長度A ，采用相對差來表達(dá)心動周期中血管分支軸線長度的相對變化；由v" =/),'"/Af求得A^時(shí)間內(nèi)的平均速度，由W" v")/Af求得加速度，其中，D"是時(shí)刻^血管骨架點(diǎn)運(yùn)動向量的幅值；計(jì)算血管骨架點(diǎn)從心動周期中第一時(shí)刻到最后時(shí)刻的總位移得到運(yùn)動軌跡的長度；采用三維冠脈骨架點(diǎn)集合的幾何中心作為冠脈骨架樹的重心的近似，計(jì)算重心從心動周 期中第一時(shí)刻到最后時(shí)刻的總位移得到重心的運(yùn)動軌跡；運(yùn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種獲取冠狀動脈血管運(yùn)動信息的方法，其特征是，它是在完成Ｘ射線冠脈造影圖像序列中各時(shí)刻主要血管分支骨架三維重建的基礎(chǔ)上，采用一種基于彈性配準(zhǔn)的血管骨架三維運(yùn)動估計(jì)方法，將血管骨架的運(yùn)動估計(jì)轉(zhuǎn)化為對連續(xù)時(shí)刻的骨架線進(jìn)行匹配，計(jì)算出每個(gè)血管骨架點(diǎn)在心動周期中的運(yùn)動向量和運(yùn)動軌跡，根據(jù)估計(jì)出的各血管骨架點(diǎn)在各時(shí)刻的三維運(yùn)動向量，提取出冠狀動脈在心動周期中的整體和局部運(yùn)動信息，具體步驟如下：ａ．采集兩個(gè)角度的、覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動周期的Ｘ射線冠狀動脈造影同步圖像序列，對序列中各時(shí)刻的血管骨架進(jìn)行三維重建，得到用連續(xù)Ｂ樣條曲線表示的三維血管骨架序列；ｂ．采用彈性配準(zhǔn)的方法，將三維血管骨架序列中相鄰時(shí)刻骨架的運(yùn)動估計(jì)轉(zhuǎn)化為對連續(xù)時(shí)刻骨架線的匹配，計(jì)算出各骨架點(diǎn)的運(yùn)動向量：對３ＤＢ樣條曲線表示的血管分支骨架進(jìn)行均勻采樣，得到序列中不同時(shí)刻骨架點(diǎn)的有序集合｛ｓ↓［ｉ］｜ｓ↓［ｉ］（ｍ）＝［ｘ↓［ｉ］（ｍ），ｙ↓［ｉ］（ｍ），ｚ↓［ｉ］（ｍ）］，（ｍ＝０，１，…，Ｍ↓［ｉ］－１；ｉ＝１，２，…，Ｔ）｝，并通過使匹配誤差函數(shù)Ｃ（ｍ－１，ｎ′，ｍ，ｎ）＝＊（αＤ↓［ｄｉｓｐ］＋βＤ↓［ｓｈａｐｅ］＋γＤ↓［ｉｎｄｅｘ］）最小，找到ｓ↓［ｉ］和ｓ↓［ｉ－１］之間的最優(yōu)匹配，從而得到三維運(yùn)動場，其中，Ｍ↓［ｉ］是時(shí)刻ｉ的血管骨架點(diǎn)數(shù)，Ｔ是圖像序列的幀數(shù)，α、β、γ是權(quán)重因子，＊＊＊表示ｓ↓［ｉ－１］中的第ｍ個(gè)點(diǎn)，ｓ↓［ｉ］↑［ｎ］表示ｓ↓［ｉ］中的第ｎ個(gè)點(diǎn)，Ｄ↓［ｓｈａｐｅ］＝｜τ↓［ｉ］（ｎ）－τ↓［ｉ－１］（ｍ）｜＋｜κ↓［ｉ］（ｎ）－κ↓［ｉ－１］（ｍ）｜，κ↓［ｉ］（ｘ）和τ↓［ｉ］（ｘ）分別是曲線ｉ在點(diǎn)ｘ處的曲率和撓率，Ｄ↓［ｉｎｄｅｘ］＝｜ｎ－ｎ′｜，ｎ和ｎ′分別是ｓ↓［ｉ］中與ｓ↓［ｉ－１］↑［ｍ］和ｓ↓［ｉ－１］↑［ｍ－１］相匹配的點(diǎn)的序號；ｃ．根據(jù)估計(jì)出的各血管骨架點(diǎn)在圖像序列中各時(shí)刻的運(yùn)動向量，提取出包含在每個(gè)三維點(diǎn)對中的運(yùn)動信息。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫正，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：13[中國|河北]
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