一種利用ct圖像生成冠脈全景圖的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用CT圖像生成冠脈全景圖的方法及系統(tǒng)，該方法步驟：獲取標(biāo)準(zhǔn)心臟模型，標(biāo)準(zhǔn)心臟模型區(qū)分為多個(gè)解剖區(qū)域；獲取全景模型；建立標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)映射到全景模型的表面的對(duì)應(yīng)位置，建立標(biāo)準(zhǔn)全景模型；將待分析心臟CT圖像與標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行配準(zhǔn)，使得配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像具有與標(biāo)準(zhǔn)心臟模型相同的空間位置關(guān)系；根據(jù)配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像與標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的空間位置映射關(guān)系，及，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像映射到該標(biāo)準(zhǔn)全景模型上，從而獲得冠脈全景圖和/或待分析心臟的解剖區(qū)域區(qū)分圖。
【專利說明】-種利用CT圖像生成冠脈全景圖的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像的處理，特別是涉及一種利用CT圖像生成冠脈全景圖的方 法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，為了獲取醫(yī)學(xué)圖像，大量利用了 X射線斷層掃描技術(shù)（computed tomography，CT)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可獲得多切片的CT圖像數(shù)據(jù)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，醫(yī)生通常利用由病人心臟的多切片CT圖像數(shù)據(jù)形成的如圖7所示 的病人的3D冠脈圖進(jìn)行冠脈病的診斷，以獲取病人的冠脈情況。
[0004] 然而，3D冠脈圖的缺點(diǎn)在于，無法將整個(gè)冠脈樹顯示在以心臟為背景的基面上，無 法非常直觀地了解冠狀動(dòng)脈的走行、分布和形態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，利用待分析心臟的CT圖像生成冠脈全景圖。
[0006] 更進(jìn)一步的，建立待分析心臟的CT圖像與標(biāo)準(zhǔn)全景模型之間的映射。進(jìn)而在該標(biāo) 準(zhǔn)全景模型上顯示整個(gè)冠脈樹，方便醫(yī)生更清晰直觀的查看冠脈樹。
[0007] 本發(fā)明公開了一種利用CT圖像生成冠脈全景圖的方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟A、獲取標(biāo)準(zhǔn)心臟模型，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型區(qū)分為多個(gè)解剖區(qū)域；
[0009] 步驟B、獲取全景模型；
[0010] 步驟C、建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將標(biāo) 準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)映射到該全景模型的表面的對(duì)應(yīng)位置，從而建立標(biāo)準(zhǔn)全景模型；
[0011] 步驟D、將待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行配準(zhǔn)，使得配準(zhǔn)后的待分析 心臟CT圖像具有與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型相同的空間位置關(guān)系；
[0012] 步驟E、根據(jù)配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的空間位置映射關(guān) 系，以及，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將配準(zhǔn)后的待分 析心臟CT圖像映射到該標(biāo)準(zhǔn)全景模型上，從而獲得冠脈全景圖和/或待分析心臟的解剖區(qū) 域區(qū)分圖。
[0013] 該解剖區(qū)域包括左心房、右心房、左心室、右心室、心肌、升主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈。
[0014] 該步驟C中建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系 的步驟進(jìn)一步包括：
[0015] 步驟C1，將該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0016] 步驟C2,根據(jù)劃分得到的網(wǎng)格分布位置以及全景模型的表面的像素點(diǎn)的分布位 置，建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的每個(gè)網(wǎng)格與該全景模型的表面的像素點(diǎn)的映射關(guān)系；
[0017] 步驟C3,根據(jù)該映射關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的每個(gè)網(wǎng)格的圖像，對(duì)應(yīng)映射到該全景 模型的表面，從而建立標(biāo)準(zhǔn)全景模型。
[0018] 步驟Cl進(jìn)一步包括：
[0019] 步驟C11，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的表面進(jìn)行初始化網(wǎng)格劃分；
[0020] 步驟C12,利用自適應(yīng)網(wǎng)格生成法，對(duì)初始化網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分。
[0021] 步驟C12進(jìn)一步包括：
[0022] 步驟C121，計(jì)算每個(gè)初始化網(wǎng)格的一特征曲率值；
[0023] 步驟C122,依次判斷每個(gè)該初始化網(wǎng)格的特征曲率值是否符合一閾值區(qū)間，對(duì)于 不符合該閾值區(qū)間的初始化網(wǎng)格執(zhí)行步驟C123,直到所有網(wǎng)格的特征曲率值均符合該閾值 區(qū)間；
[0024] 步驟C123,在該網(wǎng)格中設(shè)置一新節(jié)點(diǎn)，利用該新節(jié)點(diǎn)，分割該網(wǎng)格。
[0025] 該步驟C進(jìn)一步包括：將該標(biāo)準(zhǔn)全景模型進(jìn)行二維平面映射，獲得該標(biāo)準(zhǔn)全景模 型的二維圖。
[0026] 步驟D進(jìn)一步包括：
[0027] 將該待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行仿射配準(zhǔn)；
[0028] 基于仿射配準(zhǔn)的結(jié)果，將待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行彈性配準(zhǔn)。
[0029] 該仿射配準(zhǔn)進(jìn)一步包括：
[0030] 步驟D1，對(duì)待分析心臟CT圖像與標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的圖像進(jìn)行等分辨率采樣；
[0031] 步驟D2,根據(jù)仿射變換公式將待分析心臟CT圖像的采樣圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)映 射到由標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的采樣圖像所建立的物理坐標(biāo)系中；
[0032] 步驟D3,根據(jù)映射結(jié)果獲取MSD測(cè)度，對(duì)MSD測(cè)度進(jìn)行尋優(yōu)，來確定最優(yōu)的仿射變 換公式；
[0033] 步驟D4,根據(jù)該最優(yōu)的仿射變換公式，對(duì)待分析心臟CT圖像的采樣圖像進(jìn)行仿射 變換。
[0034] 該彈性配準(zhǔn)進(jìn)一步包括：
[0035] 步驟D5,設(shè)置B樣條的采樣率，將步驟D4中經(jīng)仿射變換后的待分析心臟CT圖像的 采樣圖像作為B樣條彈性配準(zhǔn)的初始圖像，獲得控制點(diǎn)的位置；
[0036] 步驟D6,根據(jù)每個(gè)控制點(diǎn)所控制的局部圖像，建立局部圖像互信息測(cè)度；
[0037] 步驟D7,根據(jù)局部圖像互信息測(cè)度，采用LBFGS算法對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu) 化；；
[0038] 步驟D8,根據(jù)優(yōu)化的控制點(diǎn)的位置，對(duì)步驟D4中經(jīng)仿射變換后的待分析心臟CT圖 像的采樣圖像進(jìn)行線性插值，得到彈性配準(zhǔn)的結(jié)果圖像。
[0039] 該仿射變換公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用CT圖像生成冠脈全景圖的方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟A、獲取標(biāo)準(zhǔn)心臟模型，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型區(qū)分為多個(gè)解剖區(qū)域； 步驟B、獲取全景模型； 步驟C、建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)心 臟模型表面各點(diǎn)映射到該全景模型的表面的對(duì)應(yīng)位置，從而建立標(biāo)準(zhǔn)全景模型； 步驟D、將待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行配準(zhǔn)，使得配準(zhǔn)后的待分析心臟 CT圖像具有與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型相同的空間位置關(guān)系； 步驟E、根據(jù)配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的空間位置映射關(guān)系，以 及，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將配準(zhǔn)后的待分析心 臟CT圖像映射到該標(biāo)準(zhǔn)全景模型上，從而獲得冠脈全景圖和/或待分析心臟的解剖區(qū)域區(qū) 分圖。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該解剖區(qū)域包括左心房、右心房、左心室、右 心室、心肌、升主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈。
3. 如權(quán)利要求所述1的方法，其特征在于，該步驟C中建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與 該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系的步驟進(jìn)一步包括： 步驟C1，將該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分； 步驟C2,根據(jù)劃分得到的網(wǎng)格分布位置以及全景模型的表面的像素點(diǎn)的分布位置，建 立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的每個(gè)網(wǎng)格與該全景模型的表面的像素點(diǎn)的映射關(guān)系； 步驟C3,根據(jù)該映射關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的每個(gè)網(wǎng)格的圖像，對(duì)應(yīng)映射到該全景模型 的表面，從而建立標(biāo)準(zhǔn)全景模型。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟C1進(jìn)一步包括： 步驟C11，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的表面進(jìn)行初始化網(wǎng)格劃分； 步驟C12,利用自適應(yīng)網(wǎng)格生成法，對(duì)初始化網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟C12進(jìn)一步包括： 步驟C121，計(jì)算每個(gè)初始化網(wǎng)格的一特征曲率值； 步驟C122,依次判斷每個(gè)該初始化網(wǎng)格的特征曲率值是否符合一閾值區(qū)間，對(duì)于不符 合該閾值區(qū)間的初始化網(wǎng)格執(zhí)行步驟C123,直到所有網(wǎng)格的特征曲率值均符合該閾值區(qū) 間； 步驟C123,在該網(wǎng)格中設(shè)置一新節(jié)點(diǎn)，利用該新節(jié)點(diǎn)，分割該網(wǎng)格。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該步驟C進(jìn)一步包括：將該標(biāo)準(zhǔn)全景模型進(jìn) 行二維平面映射，獲得該標(biāo)準(zhǔn)全景模型的二維圖。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟D進(jìn)一步包括： 將該待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行仿射配準(zhǔn)； 基于仿射配準(zhǔn)的結(jié)果，將待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行彈性配準(zhǔn)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該仿射配準(zhǔn)進(jìn)一步包括： 步驟D1，對(duì)待分析心臟CT圖像與標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的圖像進(jìn)行等分辨率采樣； 步驟D2,根據(jù)仿射變換公式將待分析心臟CT圖像的采樣圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)映射到 由標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的采樣圖像所建立的物理坐標(biāo)系中； 步驟D3,根據(jù)映射結(jié)果獲取MSD測(cè)度，對(duì)MSD測(cè)度進(jìn)行尋優(yōu)，來確定最優(yōu)的仿射變換公 式； 步驟D4,根據(jù)該最優(yōu)的仿射變換公式，對(duì)待分析心臟CT圖像的采樣圖像進(jìn)行仿射變 換。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該彈性配準(zhǔn)進(jìn)一步包括： 步驟D5,設(shè)置B樣條的采樣率，將步驟D4中經(jīng)仿射變換后的待分析心臟CT圖像的采樣 圖像作為B樣條彈性配準(zhǔn)的初始圖像，獲得控制點(diǎn)的位置； 步驟D6,根據(jù)每個(gè)控制點(diǎn)所控制的局部圖像，建立局部圖像互信息測(cè)度； 步驟D7,根據(jù)局部圖像互信息測(cè)度，采用LBFGS算法對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu)化； 步驟D8,根據(jù)優(yōu)化的控制點(diǎn)的位置，對(duì)步驟D4中經(jīng)仿射變換后的待分析心臟CT圖像的 采樣圖像進(jìn)行線性插值，得到彈性配準(zhǔn)的結(jié)果圖像。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該仿射變換公式為： (V - cen/crM) = SR(x - centerF) -f T - s2 R(x - centerl· ) -l· /., vs/ 'COS0 sin θζ 〇Ycos0y 0 - sin θγ 1 Ο Ο、 其中，i? = -sing cos0 0 1 0 0 cosθχ sinθχ K 0 0 1 人 sin 0，0 cos 義0 ~ sin θχ cos^xJ θX，θ y，θZ分別表示圍繞X，Y，Z坐標(biāo)軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)角度，T為沿著三個(gè)軸的平移量， t2, t3分別表示沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的平移距離，Sl，s2, s3分別表示沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的縮放因 子，X表示待分析心臟CT圖像的采樣圖像中每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，y表示該坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)過仿射變換后映 射到標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的采樣圖像所建立的物理坐標(biāo)系中的位置，CenterF為待分析心臟CT圖 像的采樣圖像的物理中心坐標(biāo)，CenterM為標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的采樣圖像的物理中心坐標(biāo)； MSD (IF，IM)代表該MSD測(cè)度，。表示待分析心臟CT圖像的采樣圖像，IM表示標(biāo)準(zhǔn)心 臟模型的采樣圖像，T是該仿射變換公式，Ω表示IF中像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該互信息測(cè)度為： M![I:.，??；)二即丨) + Η( ?、〇 。表示待分析心臟ct圖像的采樣圖像中每個(gè)控制點(diǎn)控制范圍內(nèi)的圖像，h(if)表示 iF范圍內(nèi)圖像信息熵，ιΜ表示標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的采樣圖像中每個(gè)控制點(diǎn)控制范圍內(nèi)的圖像， H(IM)表示IM范圍內(nèi)圖像信息熵，H(IF，IM)表示兩幅圖像的聯(lián)合熵。
12. -種利用CT圖像生成冠脈全景圖的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 標(biāo)準(zhǔn)心臟模型獲取單元，用于獲取標(biāo)準(zhǔn)心臟模型，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型區(qū)分為多個(gè)解剖區(qū) 域； 全景模型獲取單元，用于獲取全景模型； 標(biāo)準(zhǔn)全景模型建立單元，用于建立該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn) 的映射關(guān)系，將標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)映射到該全景模型的表面的對(duì)應(yīng)位置，從而建立標(biāo) 準(zhǔn)全景模型； 配準(zhǔn)單元，用于將待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型進(jìn)行配準(zhǔn)，使得配準(zhǔn)后的待分 析心臟CT圖像具有與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型相同的空間位置關(guān)系； 冠脈全景圖獲取單元，用于根據(jù)配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像與該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型的空 間位置映射關(guān)系，以及，該標(biāo)準(zhǔn)心臟模型表面各點(diǎn)與該全景模型的表面各點(diǎn)的映射關(guān)系，將 配準(zhǔn)后的待分析心臟CT圖像映射到該標(biāo)準(zhǔn)全景模型上，從而獲得冠脈全景圖和/或待分析 心臟的解剖區(qū)域區(qū)分圖。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK104240287SQ201310228555
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月8日
【發(fā)明者】王民漢, 周宇 申請(qǐng)人:北京思創(chuàng)貫宇科技開發(fā)有限公司