[發(fā)明專利]一種冠狀動(dòng)脈血管軸線的四維重建方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810055038.3
• 申請(qǐng)日: 2008-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN101283911A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B6/00
• 分類號(hào): A61B6/00;G06T15/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種根據(jù)覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期的數(shù)字X射線冠狀動(dòng)脈造影圖像序列對(duì)血管軸線進(jìn)行四維(三維+時(shí)間)重建的方法，屬醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

X射線冠狀動(dòng)脈造影(X-ray?coronary?angiography，CAG)是目前臨床廣泛采用的診斷和治療冠心病的影像手段。CAG診斷的最大特點(diǎn)在于可視性，即通過(guò)靜止或動(dòng)態(tài)觀察造影劑的充盈和消失情況來(lái)判斷心血管解剖學(xué)形態(tài)異常的部位、性質(zhì)和程度。X射線造影成像是將空間血管結(jié)構(gòu)重疊到二維成像平面上，即投影成像，從而丟失了臨床診斷中所需的大部分三維空間信息。傳統(tǒng)的診斷過(guò)程中，醫(yī)生需要利用解剖、病理等專門知識(shí)和臨床經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)血管在多個(gè)方向的投影想象其三維形態(tài)，從而做出評(píng)價(jià)。分析結(jié)果的準(zhǔn)確程度密切依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，客觀性和可重復(fù)性差。同時(shí)，冠狀動(dòng)脈附著在心外膜表面上，隨著心臟有節(jié)律地收縮和舒張，因而在心動(dòng)周期的不同時(shí)刻，血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)和空間位置會(huì)發(fā)生很大變化。單純依靠一個(gè)時(shí)刻的二維投影或三維重建結(jié)果很難得到對(duì)血管形態(tài)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確描述。

在一個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期中拍攝的X射線冠狀動(dòng)脈造影圖像序列記錄了心臟搏動(dòng)時(shí)的血管變形和心臟供血功能等動(dòng)態(tài)信息。采用數(shù)字圖像處理的方法，可以從不同時(shí)刻、不同角度拍攝的圖像序列中客觀、定量地提取隱含的空間和時(shí)間信息，并以恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)出來(lái)。這些信息對(duì)于冠心病的臨床診治具有重要的輔助作用。同時(shí)冠脈的四維(三維+時(shí)間)重建也是造影圖像與其它冠脈成像技術(shù)(如血管內(nèi)超聲(IVUS)、血管內(nèi)OCT等)的融合、心動(dòng)周期中的冠脈運(yùn)動(dòng)估計(jì)等的關(guān)鍵步驟。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)冠脈在整個(gè)心動(dòng)周期中的四維重建，現(xiàn)有的方法多是按照“自底向上”，即2D→3D的順序，逐個(gè)時(shí)刻進(jìn)行三維重建。首先從兩個(gè)角度的造影圖像中提取出主要血管分支的軸線；之后，進(jìn)行左右兩個(gè)角度間軸線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配；最后，根據(jù)兩個(gè)投影點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出各軸線點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由于需要首先從原始圖像中提取出單像素、八連通的血管軸線，因此結(jié)果的精度在很大程度上取決于二維提取的準(zhǔn)確度。但臨床采集的造影圖像通常有較嚴(yán)重的噪聲污染，而且圖像中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)血管重疊的現(xiàn)象，這種情況下僅從一個(gè)角度的圖像很難得到準(zhǔn)確的血管輪廓。目前全自動(dòng)的提取算法尚不能對(duì)何種質(zhì)量的圖像均保成功，仍需操作者的手動(dòng)參與。同時(shí)，兩個(gè)角度之間血管軸線投影點(diǎn)的匹配直接影響到重建的精度。對(duì)于離散的二維軸線，一般是利用立體成像中的外極線約束逐點(diǎn)匹配，該方法很難達(dá)到較高的精度，重建結(jié)果的連續(xù)性不好，計(jì)算量也很大。此外，由于需要對(duì)序列中每個(gè)時(shí)刻的圖像均重復(fù)上述步驟，因此要完成整個(gè)序列的血管跟蹤，所需的計(jì)算成本過(guò)高，且需要操作者大量的手動(dòng)參與，實(shí)用價(jià)值較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足、提供一種操作簡(jiǎn)便、計(jì)算量小、工作效率高的冠狀動(dòng)脈血管軸線的四維重建方法。

本發(fā)明所稱問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種冠狀動(dòng)脈血管軸線的四維重建方法，它是在采集兩個(gè)角度的覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期的X射線冠狀動(dòng)脈造影圖像序列后，首先建立X射線血管造影系統(tǒng)在兩個(gè)角度的投影模型，并推導(dǎo)出兩幅不同角度的造影圖像之間的幾何變換關(guān)系，再對(duì)手動(dòng)選取的第一時(shí)刻圖像中感興趣血管段的采樣點(diǎn)進(jìn)行三維重建，并以連接各重建點(diǎn)所得折線作為snake模型的初始位置，通過(guò)snake變形獲得該段血管第一時(shí)刻的三維軸線，而對(duì)于圖像序列中的每一后續(xù)時(shí)刻，則均以其前一時(shí)刻的3D血管軸線作為snake模型的初始位置，通過(guò)snake變形獲得三維血管軸線，從而完成整個(gè)序列血管軸線的四維重建，具體步驟如下：

a、以心電信號(hào)為同步信號(hào)，采集兩個(gè)角度的、覆蓋一個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期的單面X射線冠狀動(dòng)脈造影同步圖像序列，并對(duì)原始圖像進(jìn)行初步的濾波、去噪、畸變校正等處理，增強(qiáng)視覺(jué)效果；

b、建立X射線血管造影系統(tǒng)在兩個(gè)角度的投影模型，推導(dǎo)兩幅不同角度的造影圖像之間的幾何變換關(guān)系：