一種冠狀動(dòng)脈分割方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種冠狀動(dòng)脈分割方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 冠狀動(dòng)脈的分割在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)方面都起到很大的作用，尤其是冠狀動(dòng)脈血管 造影（CTA)對(duì)引起胸痛的也血管疾病具有良好的篩查作用，同時(shí)，CTA成像的后處理技術(shù)也 能夠?qū)膊∵M(jìn)行準(zhǔn)確的診斷和治療，包括對(duì)疾病患病部位的定位，嚴(yán)重程度的評(píng)估，手術(shù)實(shí) 時(shí)導(dǎo)航W及術(shù)后的跟蹤評(píng)價(jià)等。而CTA圖像后處理的關(guān)鍵技術(shù)之一就是把冠狀動(dòng)脈完整并 準(zhǔn)確地提取出來(lái)。
[0003] 冠狀動(dòng)脈分割的現(xiàn)有方法主要分為H大類；全自動(dòng)分割、半自動(dòng)分割和人工交 互式分割。全自動(dòng)分割方法，如kitslaar方法（Kitslaar，P.，etal. ,2008.Connected componentandmorpholgybasedextractionofarterialcenterlinesofthe heart(CocomoBeach).,TheMidasJournal(2008))首先檢測(cè)出升主動(dòng)脈和整個(gè)也臟范 圍，然后在也臟范圍內(nèi)分割出候選的冠狀動(dòng)脈成分，從主動(dòng)脈處開(kāi)始用連接成分分析并對(duì) 該些成分進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng)，得到整個(gè)血管樹(shù)的分割結(jié)果。但是，該方法準(zhǔn)確性不夠高，會(huì)連入 一些非冠脈血管，而且對(duì)血管末端的分割識(shí)別能力不夠強(qiáng)。
[0004] 半自動(dòng)分割方法需要較少的人工干預(yù)，每段血管可W給一個(gè)點(diǎn)作為輸入，如基于 知識(shí)的最短路徑法和冠脈樹(shù)形態(tài)重建法。人工交互式分割方法需要更多的人工干預(yù)，可W 用一系列手動(dòng)選取的點(diǎn)或一個(gè)點(diǎn)和一個(gè)闊值作為輸入。但是，該兩種方法需要一些人為干 預(yù)，而且分割的準(zhǔn)確性不高，有的冠脈血管不能分割出來(lái)。
[0005] 無(wú)論哪類方法對(duì)冠脈根部的分割都有較好的結(jié)果，對(duì)細(xì)小分支的分割能力有限， 而且綜合已有方法的分割結(jié)果評(píng)價(jià)得出的結(jié)論是全自動(dòng)分割的方法對(duì)冠脈提取的準(zhǔn)確性 更好，但是，該些全自動(dòng)分割可能提取出很多非冠狀動(dòng)脈的血管點(diǎn)，從而在一定程度上影響 分割結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種冠狀動(dòng)脈分割方法和裝置，能完整、準(zhǔn)確且自動(dòng)地 提取出左右冠狀動(dòng)脈，便于醫(yī)生對(duì)也血管疾病等進(jìn)行定性和定量的診斷和治療。
[0007] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種冠狀動(dòng)脈分割方法，包括如下步驟：
[0008] (1)確定原始圖像中主動(dòng)脈的位置，并對(duì)所述原始圖像進(jìn)行增強(qiáng)濾波，得到增強(qiáng)濾 波圖像；
[0009] (2)根據(jù)所述主動(dòng)脈的位置、所述原始圖像及所述增強(qiáng)濾波圖像的灰度，確定左、 右冠狀動(dòng)脈的起始區(qū)域；
[0010] (3)基于至少一預(yù)設(shè)分割闊值分割所述增強(qiáng)濾波圖像，獲取所述預(yù)設(shè)闊值對(duì)應(yīng)的 候選區(qū)域，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)闊值對(duì)應(yīng)的候選區(qū)域和所述左、右冠狀動(dòng)脈的起始區(qū)域，確定所 述左、右冠狀動(dòng)脈的候選區(qū)域；
[0011] (4)根據(jù)所述主動(dòng)脈和所述左、右冠狀動(dòng)脈候選區(qū)域的位置關(guān)系，分別對(duì)所述左、 右冠狀動(dòng)脈候選區(qū)域進(jìn)行篩選，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈的保留候選區(qū)域，并將所述保留候 選區(qū)域和起始區(qū)域進(jìn)行連接，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈。
[0012] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈的起始區(qū)域的過(guò)程 包括：
[0013] (1)將所述主動(dòng)脈的輪廓向外擴(kuò)大m毫米，與所述主動(dòng)脈之間形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)；
[0014] (2)計(jì)算所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)每一個(gè)像素點(diǎn)P成為血管點(diǎn)的概率P;
[0015] (3)所述概率P大于預(yù)定闊值的像素點(diǎn)為血管點(diǎn)，并統(tǒng)計(jì)所述血管點(diǎn)的連通區(qū)域；
[0016] (4)根據(jù)所述連通區(qū)域與所述主動(dòng)脈的位置關(guān)系W及所述連通區(qū)域的灰度值，計(jì) 算每一個(gè)所述連通區(qū)域的條件值t，并根據(jù)所述條件值tW及所述連通區(qū)域和所述主動(dòng)脈 的位置關(guān)系，進(jìn)行降序排序；
[0017] (5)在所述主動(dòng)脈左右兩側(cè)，分別選取所排序后的前M個(gè)連通區(qū)域，并依次對(duì)所述 前M個(gè)連通區(qū)域進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，若第S個(gè)連通區(qū)域的生長(zhǎng)區(qū)域達(dá)到預(yù)定體積闊值，則將其作 為對(duì)應(yīng)側(cè)的起始區(qū)域，其中，S《M。
[0018] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，所述成為血管點(diǎn)的概率P的計(jì)算公式為：
[0019]
[0020] 其中，Sp為所述像素點(diǎn)P在所述原始圖像中的灰度值；Sm"為所述原始圖像中最大 的灰度值；Smi。為所述原始圖像中最小的灰度值；Ep為所述像素點(diǎn)P在所述增強(qiáng)濾波圖像中 的灰度值；Em。,為所述增強(qiáng)濾波圖像中最大的灰度值；Emi。為所述增強(qiáng)濾波圖像中最小的灰 度值；a和目均大于等于0小于等于1，且兩者之和等于1。
[0021] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，所述預(yù)定闊值為0. 45。
[0022] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，每一個(gè)所述連通區(qū)域條件值t的計(jì)算公式 為：
[0023]
[0024] 其中，所述AG。^為任一個(gè)所述連通區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)的平均灰度值;AGm"為所有 所述連通區(qū)域中像素點(diǎn)平均灰度值的最大值;AGmi。為所有所述連通區(qū)域中像素點(diǎn)平均灰度 值的最小值；DiStut為任一個(gè)所述連通區(qū)域距離所述主動(dòng)脈的距離；DiSm"為所有所述連通 區(qū)域距離所述主動(dòng)脈距離的最大值；DiSmi。為所有所述連通區(qū)域距離所述主動(dòng)脈距離的最 小值。
[00巧]上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈的候選區(qū)域的過(guò)程 包括：
[002引 （1)選取N個(gè)預(yù)設(shè)分割闊值，分別對(duì)所述增強(qiáng)濾波圖像進(jìn)行闊值分割，得到對(duì)應(yīng)的 N個(gè)闊值分割結(jié)果；
[0027] (2)在所述N個(gè)闊值分割結(jié)果中，去除位于所述左、右冠狀動(dòng)脈起始區(qū)域的擴(kuò)展區(qū) 域外的像素點(diǎn)，則得到所述N個(gè)闊值對(duì)應(yīng)的候選區(qū)域；
[0028] (3)分別計(jì)算每一個(gè)所述N個(gè)預(yù)設(shè)分割闊值對(duì)應(yīng)的位于所述主動(dòng)脈左邊的候選區(qū) 域和所述左冠狀動(dòng)脈起始區(qū)域的體積W及每一個(gè)所述N個(gè)預(yù)設(shè)分割闊值對(duì)應(yīng)的位于所述 主動(dòng)脈右邊的候選區(qū)域和所述右冠狀動(dòng)脈起始區(qū)域的體積；
[0029] (4)根據(jù)所述N個(gè)預(yù)設(shè)分割闊值的降序順序，將所述相鄰闊值對(duì)應(yīng)的體積的變化 率最大的預(yù)設(shè)分割闊值分別作為所述左、右冠狀動(dòng)脈的最佳闊值，則所述左、右冠狀動(dòng)脈的 最佳闊值對(duì)應(yīng)的分割圖像中的候選區(qū)域?yàn)樗鲎蟆⒂夜跔顒?dòng)脈的候選區(qū)域。
[0030] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，對(duì)所述左、右冠狀動(dòng)脈候選區(qū)域進(jìn)行篩選的 方法包括；將所述左、右冠狀動(dòng)脈的最佳闊值對(duì)應(yīng)的分割圖像進(jìn)行融合，得到融合圖像；在 所述融合圖像中，根據(jù)血管的生理解剖結(jié)構(gòu)，獲取所述左、右冠狀動(dòng)脈起始區(qū)域W及候選區(qū) 域的中線；選取所述候選區(qū)域的中線距離所述起始區(qū)域最小的點(diǎn)位于所述候選區(qū)域中線的 端點(diǎn)的某一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的候選區(qū)域，即得到所述保留候選區(qū)域。
[0031] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，若所述保留候選區(qū)域中線的位于所述起始 區(qū)域中線下端，則將所述保留候選區(qū)域中線與起始區(qū)域中線中相鄰的兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行直線連 接。
[0032] 上述一種冠狀動(dòng)脈分割方法，優(yōu)選地，若所述保留候選區(qū)域中線位于所述起始區(qū) 域中線的側(cè)面，則通過(guò)點(diǎn)線射線連接的方法進(jìn)行連接。
[0033] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種冠狀動(dòng)脈分割裝置，包括：
[0034] 增強(qiáng)濾波圖像獲取單元，適于確定原始圖像中主動(dòng)脈的位置，并對(duì)所述原始圖像 進(jìn)行增強(qiáng)濾波，得到增強(qiáng)濾波圖像；
[00巧]起始區(qū)域獲取單元，適于根據(jù)所述主動(dòng)脈位置、所述原始圖像W及所述增強(qiáng)濾波 圖像的灰度，得到左、右冠狀動(dòng)脈的起始區(qū)域；
[0036] 候選區(qū)域獲取單元，適于基于至少一預(yù)設(shè)分割闊值分割所述增強(qiáng)濾波圖像，獲取 所述預(yù)設(shè)闊值對(duì)應(yīng)的候選區(qū)域，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)闊值對(duì)應(yīng)的候選區(qū)域和所述左、右冠狀動(dòng) 脈的起始區(qū)域，確定所述左、右冠狀動(dòng)脈的候選區(qū)域；
[0037] 篩選連接單元，適于根據(jù)所述主動(dòng)脈和所述左、右冠狀動(dòng)脈候選區(qū)域的位置關(guān)系， 分別對(duì)所述左、右冠狀動(dòng)脈候選區(qū)域進(jìn)行篩選，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈的保留候選區(qū)域， 并將所述保留候選區(qū)域和起始區(qū)域進(jìn)行連接，得到所述左、右冠狀動(dòng)脈。
[003引與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用原始圖像和增強(qiáng)濾波圖像的兩種灰度信息，并結(jié)合 主動(dòng)脈的位置，對(duì)冠狀動(dòng)脈的起始區(qū)域進(jìn)行定位，具有很強(qiáng)的魯棒性；
[0039] 進(jìn)一步地，采用多個(gè)闊值對(duì)增強(qiáng)濾波圖像進(jìn)行分割，將分割的結(jié)果進(jìn)行分析，得到 對(duì)增強(qiáng)濾波圖像進(jìn)行分割的最佳闊值，從而更加準(zhǔn)確地得到冠狀動(dòng)脈的候選區(qū)域；
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