[發明專利]一種基于多視角X光片的心血管三維重建方法

有效

• 申請號: 201310632617.0
• 申請日: 2013-12-01
• 公開（公告）號: CN103679801B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 趙沁平;劉星龍;李帥;侯飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種基于多視角X光片的心血管三維重建方法。

背景技術

心血管疾病對人類健康構成了巨大威脅，其中以心血管狹窄最為常見。隨著醫學影像技術的發展，該技術在血管狹窄診斷上也得到了應用，其中心血管造影圖像已經成為心血管疾病診斷的金標準。

傳統的診斷方法中，醫生如果需要查看病人的心血管的三維結構數據，需要病人做核磁共振或者旋轉斷層掃描，并從掃描或者共振的數據中手工分割心臟區域，才能得到對應的三維結構，整個過程耗時長、人工參與多、對病人和醫生的輻射都較大，不能很好的滿足醫患的需求。

利用多角度二維心血管圖像重建的心血管三維結構不僅能夠更好地對心血管狹窄進行客觀診斷，而且還能夠實現病變的量化描述，對心血管狹窄防治具有重要意義。造影心血管三維重建包括兩個階段：1、造影圖像心血管二維信息提取；2、心血管三維結構重建。本文工作主要是圍繞心血管骨架信息提取、直徑信息提取及三維重建的初步研究展開的。

為了解決上述問題，本發明提出了基于多視角X光片的心血管三維重建方法。本方法能極大的提高三維重建的效率，并能夠保證三維重建的精度。與此同時，本方法只需要三個角度、每個角度一個心動周期的X光片為輸入源，具有輸入少、獲取輸入方便、重建速度高的特點。依據本發明重建三維結構，能夠極大的減輕造影過程對醫患的危害。

發明內容

本發明解決的技術問題是：在盡量減少將醫患曝光在X射線的前提下，利用盡量少的視角的光片，以較快的速度重建心血管的三維結構。

本發明采用的技術方案為：一種基于多視角X光片的心血管三維重建方法，包括以下四個步驟：

步驟（1）、圖像增強：針對X光成像片對比度低，動態范圍窄，成像模糊，成像層級少的缺點，采用基于Retinex理論的圖像增強方法，并對處理后的圖像引入gain/offset方法進行修正，使圖像能夠在人眼可見的范圍內顯示；

步驟（2）、圖像中血管結構的提取：根據（1）中增強后的圖像，選取不同大小的海森矩陣對圖像做卷積，并采用特殊的圖像過濾器計算當前像素點成為一個血管結構的可能性，最終根據該可能性構成一張代表血管結構的二值圖；

步驟（3）、血管中心線提取：根據步驟（2）中計算得到的血管，采用基于局部特征的方法，將血管外層結構層層剝離，最終只留下內部代表血管結構的單像素中心線；

步驟（4）、血管的三維重建：使用步驟（3）得到的血管中心線，結合三視角的中心線特征，根據X光的成像原理，將X光發生器和成像板之間的空間劃分為均勻的多個體素，并根據每個體素在光片上的位置設定每個體素的值，最終根據最優化理論，在考慮連續性的情況下求得所有體素的最優值。

本發明的原理在于：

（1）通過基于Retinex理論的圖像增強方法，不同于傳統的圖像增強算法，如線性、非線性變換、圖像銳化等只能增強圖像的某一類特征，如壓縮圖像的動態范圍，或增強圖像的邊緣等，Retinex可以在動態范圍壓縮、邊緣增強和顏色恒常三方面達到平衡，因此可以對各種不同類型的圖像進行自適應性地增強。

（2）為了能夠對血管的結構進行快速三維重建，需要剝離出圖像中血管狀結構，去除雜亂的非血管結構，通過使用不同尺度的海森矩陣，能夠保留源圖像上在徑向增強的部分，去除非徑向部分，在保留血管結構的同時能極大的去除噪聲，為后續處理提供良好的基礎。

（3）為了對三維血管進行重建，考慮到單視角必然會有遮擋的現象，需要多個視角的數據共同作用。本方法依據X光成像的特點，將成像空間劃分為空間體素，并對所有體素根據其行為的不同劃分一定的標價，并最終使用信任傳遞算法求得所有標價的最小和，從而取得空間血管的三維走形。

本發明與現有技術相比的優點在于：

1、所需視角少，對數據源的要求低，數據的獲得方式容易，所有有能力做X光片的醫院均可采用本方法進行三維重建。

2、高度個性化，由于重建的數據源來源于每個病人的真實X光片，能夠真實的再現病人拍攝光片時心血管的狀態和結構。

3、快速，和其他方法動則數小時的重建時間相比，使用本方法的重建只需要數分鐘即可完成，其中圖像增強處理階段的效果也可作為醫生更好的診斷的依據。

附圖說明

圖1為基于多視角X光片的心血管三維重建方法的處理流程圖；

圖2為圖像增強之后對比圖；

圖3為分割后血管與原始血管對比示意圖；

圖4為中心線追蹤結果示意圖；

圖5為本文方法模擬的X光成像示意圖；