[發明專利]基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法

有效

• 申請號: 201410210245.7
• 申請日: 2014-05-17
• 公開（公告）號: CN103985124B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 袁克虹;張碩;張廣
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00;A61B6/03
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 李保明;張慧芳

技術領域

本發明屬于計算機視覺及圖像處理領域，具體是一種基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法。

背景技術

心血管類疾病已成為導致當今全球死亡率提升的首要因素。隨著CT和MRI等醫學影像設備的飛速發展，尤其是高分辨率的多排螺旋CT(MDCT)的出現，為心血管類疾病的預防和診斷提供了便利。然而由于MDCT設備分辨率的提高，導致影像數據數量急劇增加，這大大加重了臨床醫生篩查和診斷的負擔，因此從海量的影像數據中自動提取出感興趣區域就顯得尤為重要。但是在心臟CT領域，采集的影像數據對比度低、噪聲大且受心臟跳動的干擾，導致自動提取心臟區域的難度較大。另外由于心臟位置的特殊性，心臟底部與胸隔膜會發生粘連，給精確提取整個心臟目標區域帶來了困難。因此，一種快速且精確的提取全心臟的方法對于心血管類疾病的輔助診斷是十分重要的，且能夠輔助后期心臟表面冠狀動脈三維可視化、腫瘤放療計劃中靶區標記等深層次診斷。

目前針對心臟CT圖像分割主要有兩大類方法：傳統的二維提取方法和基于統計模型的三維提取方法。1)傳統的二維提取方法通過組合常規圖像處理方法(K均值聚類、圖割、ACM/ASM、模糊集合理論等)，利用CT斷層圖像中的灰度、梯度等信息來提取心臟邊緣輪廓。由于心臟CT圖像的低對比度和周圍存在著復雜干擾器官，導致該類方法提取精度差，提取后的心臟整體模型的表面粗糙。2)基于統計模型的三維提取方法主要通過統計分析大量的手動分割數據來構造出心臟的形狀模型，然后對模型加以形變與真實數據進行匹配來實現全心臟提取。該類方法前期人力和物力投入成本大，對樣本數據要求高，模型構建耗時長，且實際運用過程中需要多次人工干預，受臨床醫生經驗影響較大。

上述兩類方法各有利弊，基本能夠完成提取心臟的功能，但是都未對靠近胸隔膜的心臟底部進行單獨處理，因此導致提取結果中心臟底部依然存在著大量噪聲組織，會干擾臨床醫生的診斷。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法，該方法能夠快速準確的提取出完整的心臟底部區域，以解決用現有方法對心臟CT圖像分割存在的上述技術缺陷。

本發明的技術思路可概括為兩個主要步驟：一.根據心臟與肺部的解剖學相對位置關系，自動將心臟CT序列分為頂部序列和底部序列兩部分；二.針對心臟CT序列的底部序列，利用提取的心臟頂部序列最底層的精確心臟邊緣輪廓和心尖走向來構造出心臟底部的非線性漸變模型，擬合心臟底部序列各層的邊緣輪廓，達到精確提取心臟底部的目的。

本發明的具體技術方案為：

一種基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法，其包括以下步驟：

獲取心臟CT序列；

分別計算心臟CT序列各層中肺部區域的第一特征值；

利用第一特征值構建心臟底部和心臟頂部的約束條件，求解所述約束條件將所述心臟CT序列分為頂部序列和底部序列；

分別在所述頂部序列的最底層以及心尖消失圖層提取心臟有效區域信息；

利用提取的心臟有效區域信息構造心臟底部的非線性漸變模型，擬合所述底部序列各層的心臟邊緣輪廓，從而獲得精確的心臟底部。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述肺部區域的第一特征值為肺部區域的面積或像素點總數。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述約束條件為S(n)為肺部區域像素點總數，n為心臟CT序列層號，α和β為經驗參數，Max為S(n)序列中的最大值，Max_half為S(n)后半段序列中的最大值。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述計算心臟CT序列各層中肺部區域的第一特征值包括：利用大津閾值方法提取心臟CT序列各層中的主要肺部區域；用孔洞填充方法對主要肺部區域的斷裂部及孔洞進行填充，獲得完整的肺部區域；以及計算該完整的肺部區域的第一特征值。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述心臟有效區域信息包括心臟有效區域的面積和幾何中心。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述非線性漸變模型中，心臟有效區域信息按照二次曲線Y＝aX²+b的非線性規律變化。

在上述的基于非線性漸變模型的心臟CT圖像底部自動提取方法中，優選地，所述心尖消失圖層是實際心尖消失圖層下側的第k層圖層。