[發明專利]多參數模型指導的迭代提取血管造影圖像運動參數的方法

在審

• 申請號: 201410844139.4
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104517301A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 張天序;黃正華;鄧麗華;張耀宗;宋瓊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于數字信號處理與醫學成像的交叉領域，更具體地，涉及一種多參數模型指導的迭代提取血管造影圖像運動參數的方法。

背景技術

在X射線造影系統中，由于呼吸運動的影響，冠狀動脈血管在造影面上的圖像會發生二維運動。在造影過程中，醫生為了能夠使造影序列覆蓋整個冠脈系統，可能會移動導管床，會導致一個成像序列的不同幀之間整體存在二維平移。因此，冠脈造影圖像一方面記錄有心臟自身運動在二維平面上的投影，同時也疊加有人體的呼吸運動引起的冠狀動脈在造影面上的二維運動和病人的二維平移運動。那么，要從動態二維血管造影圖重建三維心血管樹，則需將人體的心臟運動，呼吸運動和平移運動等分離開來。

在造影過程中病人平移將直接影響運動分離的結果，而將平移運動分離實際上是進行幀間圖像配準，現有的醫學圖像配準分外部和內部。外部配準方法是在造影前設置一些標記，在造影過程中跟蹤它們，但是這種標記法通常是具有侵入性的；內部配準方法分為標記法和分割法等，標記法是在圖中選取一些解剖結構點來進行配準。然而并不是每幅圖都具有這樣的解剖結構點，而且也需要熟悉人體解剖結構。分割法通過分割出來的解剖結構線來配準，既適用于剛體模型也適用于形變模型，但是它只能提取出解剖結構線的運動，不能單獨分離出整體的剛性平移運動。然而造影圖中表觀的血管運動不僅包含了病人平移，還有血管自身的生理運動和呼吸運動。

也有文獻中報導了將心臟運動和呼吸運動分離的方法，其中一種方法是預先在體內的一些器官如心臟、膈肌等設置標記點，然后對它們進行跟蹤，把跟蹤這些結構特征點所得到的運動曲線近似為呼吸運動。無論是直接手動跟蹤造影圖中的非心臟結構特征點，還是在造影同時就記錄這些點的運動，都是有缺陷的。前者主要在于它的適用性很差；后者的實現需要大量實驗控制，對一般的臨床應用不合適。

另外一種方法是在雙臂x射線造影條件下獲得呼吸和心臟運動參數，該方法必須先重構出冠脈的三維運動序列而后分解得到呼吸和心臟運動，處理過程十分復雜。在單臂三維重建中，參與重建的兩幅不同角度的造影圖像呼吸運動時相不同，所以文獻的方法不適用于單臂造影系統。特別地，實際臨床應用中，由于造影劑對人體的毒害性，造影時間通常是很短的，我們得到的造影圖像的長度有限，從而導致造影圖像中的結構特征點的運動是有限長的，這種有限長的運動中包含有周期分量、非周期分量和周期不完整的分量，因此，常規的離散傅里葉變換不能分離。

在申請號為201310750294.5的發明申請“單臂X射線血管造影圖像多運動參數分解估計方法”中，雖然也是使用的傅里葉頻域分離，但是它不能自動的將各運動參數通過循環迭代的方法自動提取，這樣得到的各運動參數不夠準確，此方法的魯棒性不高。申請號為201310752751.4的發明申請“一種X射線血管造影圖像中多運動參數的分解估計方法”中采用的是經驗模態分解(Empirical?Mode?Decomposed，簡稱EMD)的方法估計各參數，同樣得到的各運動參數不夠準確，魯棒性不高。

本發明提出了一種自動不斷循環優化迭代從X射線造影序列圖像中提取平移運動，呼吸運動和心臟運動等多運動參數的方法，通過在冠脈血管上選取一些特征點并在序列中進行跟蹤得到它們隨時間的運動曲線，然后在多運動參數模型約束下，以離散傅里葉正-反變換和估計的重建信號與原始信號在頻域中各頻點的局部均方誤差最小為準則，通過循環迭代使原始信號與重建信號的差值信號均方最小的優化方法對這些運動分量進行優化處理，得到二維心臟、震顫、呼吸和平移等最優運動曲線。具有很好的臨床適用性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多參數模型指導的迭代提取血管造影圖像運動參數的方法，其目的在于，解決現有方法中存在的不能自動提取平移運動、以及不能準確分離呼吸和心臟等運動的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多參數模型指導的迭代提取血管造影圖像運動參數的方法，包括以下步驟：

(1)從造影圖序列的醫學圖像中自動選取I個血管結構特征點，并分別對這些特征點在整個造影圖序列中進行自動跟蹤，以得到每個特征點的跟蹤序列{s_i(n),i＝1,…,I}，其中n表示醫學圖像在造影圖序列中的幀號：

(2)利用離散傅里葉變換對步驟(1)獲得的每個特征點的跟蹤序列{s_i(n),i＝1,…,I}進行處理，以生成離散傅里葉變換結果S_i(k)：