[發明專利]一種快速的血管邊界三維分割方法及系統

有效

• 申請號: 201710438256.4
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107133959B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 黃佳悅;涂圣賢;余煒;張素
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/13;G06T11/00
• 代理公司: 北京迎碩知識產權代理事務所(普通合伙) 11512
• 代理人: 呂良;張群峰

本發明提供了一種快速的血管邊界三維分割方法及系統，該系統包括：預處理模塊；第一坐標變換模塊，將圖像轉換為極坐標系下圖像；圖像偽影識別模塊：確定所述圖像中的偽影，生成偽影掩膜圖像；管腔中心定位模塊：確定原始圖像中的血管管腔中心；第二坐標變換模塊：將確定血管管腔中心的圖像，轉換為極坐標系下新圖像，并根據所述偽影掩膜圖像去除新圖像中偽影；管腔邊界提取模塊：依據去除偽影后的圖像生成能量消耗圖像，確定極坐標系下圖像的血管邊界；坐標反變換模塊：將極坐標系下圖像的血管邊界轉換為原始圖像坐標系下的血管邊界曲線。本發明能夠很好地識別并排除圖像中導絲偽影、血管分叉，從而實現快速準確的血管三維邊界分割。

技術領域

本發明涉及一種基于光學相干斷層成像圖像的血管三維重建方法，屬于醫學圖像處理領域和醫學檢測技術領域。

背景技術

光學相干斷層成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是一種新興的高分辨率斷層成像技術。和血管內超聲(Intravascular Ultrasound，IVUS)原理類似，該技術以近紅外線作為光源，利用光波的干涉法則進行成像，將光束掃描組織的光信號轉換成電信號，經過計算機處理后顯示為灰色圖或偽彩色圖的二維和三維圖像。由于光的波長較聲波更短，光學相干斷層成像具有更高的分辨率，可達10～20um。

基于光學相干斷層成像圖像的血管分割與重建，可以提供高精度高準確度的血管三維模型，以提高后期虛擬血流儲備分數計算的準確度。目前，基于光學相干斷層成像圖像的血管分割存在一下兩個難點：如何達到快速的分割與重建；分割重建過程中如何排除導絲偽影、分支以及圖像質量不佳等因素的干擾，從而實現全自動三維血管分割。

由于存在上述難點，目前光學相干斷層成像設備自帶的圖像分割與重建系統還有諸多缺陷。目前比較典型的血管分割方法有如下幾類：

方法1：St Jude公司生產的光學相干斷層成像設備自帶的血管分割與重建功能主要通過分析OCT圖像A-Line的灰度變化，提取A-Line中特殊灰度點作為管腔邊界點，再將若干個管腔邊界點插值形成管腔邊界曲線，獲得血管分割結果，形成血管三維模型。上述方法存在如下技術缺陷：無法識別血管分支；在圖像質量不佳的情況下，無發識別管腔邊界點，無法進行分割，導致血管三維模型重建錯誤。

專利文獻CN 105741251 A：公開了一種肝臟CTA序列圖像的血管分割方法。該方法首先對輸入三維肝臟序列圖像進行對比度增強和平滑噪聲預處理，然后，采用OOF和OFA算法增強肝臟血管及其邊界，細化血管中心；根據血管的幾何結構，自動搜索血管中心線的種子點，并提取肝臟血管的中心線、構建肝臟血管樹；最后，結合快速行進法初步分割肝臟血管并計算相應的血管和背景灰度直方圖，采用圖割算法實現肝臟血管的精確分割。但是，上述發明并不適用于OCT圖像，OCT圖像和CTA圖像中血管形態、灰度并不相同：CTA圖像中血管依靠管腔中充滿造影劑的血液呈高灰度的樹狀結構；而OCT圖像為單一血管成像，血管呈管狀，且血管管腔內部呈低灰度，管壁呈高灰度。

專利文獻CN 101283929 A：公開了一種血管三維模型的重建方法。該發明著重于血管的三維重建，其技術方案如下：它將由IVUS圖像序列獲取的血管橫截面信息和由基于X射線造影圖像的三維重建獲得的超聲導管空間幾何信息結合起來，準確重建出血管的解剖結構。而其中的采用的血管分割方式為：snake模型與動態規劃相結合的分割方式，該算法劣勢在于需要在首幀圖像中手動選擇血管輪廓點，且snake模型不適用于存在導絲偽影和血管分支的OCT圖像。雖然與分別單獨利用兩種圖像獲得的重建結果相比較，該發明能夠更全面和準確地反映血管及可能存在的斑塊的真實形態，但是由于該發明的兩個圖像源在圖像分辨率方面與光學相干斷層成像圖像相比并沒有優勢，因此其血管三維重建結果的精確度劣于本發明。再者，在斑塊真實形態反應方面，光學相干斷層成像的優勢非常顯著，能夠反應IVUS和X射線造影圖像不能反映的纖維帽厚度、巨噬細胞浸潤程度和斑塊性質等信息。