[發明專利]一種非門控ICUS圖像序列中血管的四維重建方法

有效

• 申請號: 201210527281.7
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103077550A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 孫正;白樺;紀四穩;周雅;董藝
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

1.一種非門控ICUS圖像序列中血管的四維重建方法，其特征是，所述方法利用與ICUS圖像同步采集的一對近似正交的CAG圖像序列精確定位超聲導管回撤路徑，結合從ICUS圖像中提取的血管腔橫截面信息，對包含可能存在斑塊的靶血管段的形態結構進行四維重建，再現冠脈血管在心動周期中各時相的真實形態，具體步驟如下：

a、采集靶血管段的ICUS圖像序列和一對近似正交的CAG圖像序列，其中ICUS圖像采用連續回撤超聲導管的非心電門控采集方式；

b、從CAG圖像序列中三維重建出各時相的超聲導管回撤路徑；

c、從各幀ICUS圖像中提取出血管壁的內外膜輪廓；

d、補償ICUS圖像序列中存在的平面外運動偽像，對圖像序列進行分組，得到在各心臟時相處采集的子序列；

分析ICUS圖像序列灰度特征的周期性變化，為各幀圖像找到其在相鄰心動周期的相同時相采集的對應幀，將整個圖像序列劃分成在心動周期不同時相采集的子序列，抑制ICUS縱向視圖中的鋸齒效應，補償平面外運動偽像；

具體步驟如下：

①?計算兩幀圖像之間灰度特征的差異值：

對于由n幀組成的ICUS圖像序列{I₁,?I₂,…,I_n}，進行逐幀比較，計算兩幀圖像之間灰度特征的差異值d_i,j：

?????

式中，i,?j=1,2,…,n；I_i和I_j分別表示圖像序列中的第i幀和第j幀，其圖像大小均為N×M像素，平均灰度值分別為μ_i和μ_j；I_i(x,?y)和I_j(x,?y)分別表示第i幀和第j幀在像素(x,?y)處的灰度值；

②?確定首幀I₁在第二個心動周期的對應幀：

分析圖像序列的第一幀I₁和其它幀的差異值{d_1,1,?d_1,2,…,?d_1,n}，將該函數除d_1,1=0之外的第一個局部極小值所對應的i值作為第二個心動周期中與I₁在相同時相采集的幀的序號，記為F；

③?估計平均心率的近似值和心動周期長度：

計算第m幀和第m+k幀（m=1,2,…,n-k）之間的平均差異值，將函數（k=0,1,2,…,n-1）的幅度譜曲線峰值所對應的頻率作為平均心率的近似值R（單位：次/分鐘），心動周期長度的近似值為C_C=(60×F_R)/R（單位：幀），其中F_R為ICUS圖像的采集速率（單位：幀/秒）；

④?為后續幀找到其在相鄰心動周期中的對應幀：

在矩陣D=[d_i,j]（i,?j=1,2,…,n）中搜索一條具有最小累計差異值的路徑，該路徑連接互為對應幀的兩幀圖像的差異值，該路徑的起點為d_1,F，即首幀與第F幀之間的差異值，搜索范圍Δ，即相鄰心動周期對應幀序號之差的搜索范圍，設定為Δ∈[C_C/2,?2C_C]；

e、對于各時相的子序列，分別補償其平面內運動偽像，確定各幀圖像的空間方向：

對于由步驟d得到的各時相的ICUS子序列，在以導管中心為坐標原點的坐標系中，分別計算各幀圖像中血管壁內膜輪廓的幾何中心，作為對其重心的近似，并計算相鄰幀之間內膜輪廓重心的位移(Δx_k,?Δy_k)和旋轉角Δα_k（k=2,3,…,n），采用中心頻率為近似平均心率R、通帶區間為[R-R/2,?R+R/2]的帶通濾波器分別對序列{Δx_k}、{Δy_k}和{Δα_k}進行濾波，從中分離出運動分量{Δx_k,d}、{Δy_k,d}、{Δα_k,d}；

然后，對各幀圖像中的平面內運動進行補償，具體方法是：對于圖像序列中的第k幀（k=2,3,…,n），將其血管壁內外膜輪廓上各像素點的坐標，所述坐標為基于以導管中心為坐標原點的坐標系，先反向平移，再反向旋轉，即得到補償平面內運動偽像之后的血管壁輪廓；

f、對于補償了平面內運動偽像之后的各時相的子序列，按照采集順序，沿對應時相的三維導管路徑，確定各幀ICUS圖像的軸向位置：

對于由步驟e得到的各時相的ICUS子序列，根據采集圖像時記錄的相鄰幀之間的切面間距，確定在對應時相的三維導管路徑上各幀ICUS圖像的采集點，然后，計算導管路徑上各采集點處的單位切矢量，使各幀ICUS圖像平面垂直于其采集點處的單位切矢，并且圖像中心與采集點重合，將其等間隔地排列于對應時相的導管路徑上；

g、對于沿導管路徑準確排列的各時相的子序列，采用曲面擬合技術，得到光滑連續的血管腔內外表面。