动态模型指导下的血管造影三维重建方法

摘要

动态模型指导的血管造影三维重建方法，属于数字图像处理与医学成像的交叉领域，目的是满足我国临床医学上心血管疾病的辅助检测以及手术导航的特殊要求。本发明包括造影图预处理步骤，血管分割步骤，血管骨架与半径提取步骤，模型指导血管基元识别，血管匹配以及血管三维重建步骤。本发明还提供了一种心血管动态模型建立方法，包括心血管切片数据提取步骤，心脏的静态与动态建模步骤，以及心血管系统的静态与动态建模步骤。本发明可以得到很好的血管造影三维重建结果，有效地辅助心血管疾病的检测与手术导航，满足临床的要求。

主权项

1、一种动态模型指导下的血管造影三维重建方法，其步骤包括：(1.1)选取两幅不同角度的X-射线冠状动脉系统造影图，对它们进行预处理，首先对各造影图图像序列采用频域增强的方法增强血管，然后采用形态学Bottom-Hat变换进一步强调血管，消除干扰噪声，保留并突出所需的图像信息；(1.2)对预处理后的造影图像进行分割提取血管区域，细化血管区域得到血管骨架，选用八连通链码来进行心血管骨架跟踪，提取血管半径，按照下述过程采用二叉树结构存储血管树的拓扑结构；(1.2.1)在血管造影图的血管中轴提取图像中，从血管根结点开始对血管中轴进行二叉树搜索，并对搜索过的血管像素做标记，当搜索到标记过的血管像素时表明搜索出现循环，判断有血管发生交叉，并停止向前搜索，转到步骤(1.2.2)；若搜索过程没有循环出现，转到步骤(1.2.4)；(1.2.2)当二叉树搜索出现循环时，根据血管的拓扑结构信息和几何信息，在血管造影图的血管中轴提取图像中识别出交叉的血管；(1.2.3)回到步骤(1.2.1)；(1.2.4)搜索结束；(1.3)按下述过程分别对两幅血管造影图的血管中轴提取图像进行标记：(1.3.1)按X射线造影方式从不同方向对选取的血管树模型进行投影得到不同视角的投影图；(1.3.2)按下述过程求每个投影图与血管造影图的血管中轴提取图像T的相似度，找到其中相似度最高的投影图P；(A1)将血管树模型投影图和血管造影图的血管中轴提取图像T中的血管拓扑结构分别保存在二叉树T1和T2中；(A2)从二叉树T2中提取与T1拓扑结构匹配的子树T3；对T1和T3进行匹配，利用下式计算下列T1和T3的代价函数：f＝a1·f1(angle)+a2·f2(curve)+a3·f3(length)其中f1(angle)表示两者之间血管拓扑结构的相似性，f2(curve)表示两者之间血管结构曲线形状的相似性，f3(length)表示两段血管长度的相似性，表示为血管长度length的函数；a1，a2，a3为这三种相似性的加权系数，a1+a2+a3＝1，取其中代价函数最小的血管对为匹配血管；(A3)取其中代价函数最小的子树为T1的匹配子树M，将此最小代价函数的倒数作为模型投影图与血管造影图之间的相似度；(1.3.3)通过上述求相似度的步骤得到与血管造影图的血管中轴提取图像T的相似度最高的投影图P在T中的匹配子树M；用P中血管基元投影的名字对子树M中的血管基元投影进行标记，当选取的两个造影图不在心动周期中的同一时刻时，分别用这两个时刻的血管树模型对相应造影图的血管基元投影进行标记；(1.4)按下述过程进行血管匹配：(1.4.1)找到两幅造影图中相同标记的血管基元投影作为匹配血管基元投影；(1.4.2)对照两幅造影图，根据拓扑结构的限制在两幅造影图中没有标记的血管基元投影里找到拓扑结构相同的血管基元投影作为匹配血管基元的一对投影；其过程为：(B1)设这两幅造影图中血管拓扑结构分别存在left_T和right_T中；(B2)找到left_T中没有标记的血管UnName1，在right_T中相同位置处搜索是否也有未标记的血管结构UnName2，如果有就说明可能存在对应的血管结构，没有则判断UnName1为伪血管；(B3)若UnName2存在，判断UnName1和UnName2之间是否一一对应；若是一一对应，则直接将UnName1和UnName2作相同标记；若非一一对应，则需要两两之间进行匹配，找到代价函数最小的血管对为匹配血管，并作相同标记；(B4)重复步骤(B1)-(B3)，直到血管树里的血管全部标记或判断为伪血管为止；(1.5)通过动态模型指导将两幅造影图中提取的血管中轴点坐标变换到同一时刻；寻找匹配血管基元投影上像素点之间的对应，根据重建公式对血管进行三维重建。