[發(fā)明專利]一種心臟CT成像自動最優(yōu)相位識別方法

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• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110969633A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾凱;馮亞崇;郭桐
• 申請（專利權(quán)）人: 南京安科醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/00;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 南京睿之博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32296
• 代理人: 劉菊蘭

本發(fā)明公開了一種心臟CT成像自動最優(yōu)相位識別方法，包括以下步驟：收集N個病人心臟掃描的投影數(shù)據(jù)，每個病人重建n個不同相位的CT圖像，每個相位對應(yīng)一個標(biāo)簽值；建立基于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型的相位估計網(wǎng)絡(luò)；把訓(xùn)練集和測試集數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)模型中，訓(xùn)練得到相位估計網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；從數(shù)據(jù)集中隨機(jī)選取同一病人的不同相位的CT圖像作為測試圖像，根據(jù)各個CT圖像的標(biāo)簽值確定最優(yōu)標(biāo)簽值所對應(yīng)的相位。本發(fā)明采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了相位網(wǎng)絡(luò)模型，能夠快速找到最佳CT掃描相位，而且降低運動偽影，提高了圖像質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的心臟CT成像自動最優(yōu)相位識別方法。

背景技術(shù)

基于CT的人體心臟及其冠狀動脈的掃描，一直是冠狀動脈狹窄、冠脈鈣化評分、冠脈畸形變異和心肌缺血等方面的重要檢測手段；鑒于心臟快速跳動的特殊性，人體心臟及其冠狀動脈的掃描需要較高的成像時間分辨力。

實時心電圖的應(yīng)用，一定程度緩解了上述問題，利用心臟跳動周期中舒張期運動相對平緩的特點，采集心臟周期中該時間段的數(shù)據(jù)源(如圖1),獲取相對穩(wěn)定的心臟掃描的三維重建數(shù)據(jù)，極大的改善了CT掃描心臟時的成像質(zhì)量。因為在整個心動周期中，只有一小段時間，心臟處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以為了能夠有效的得到心臟圖像，掃描的曝光區(qū)間是根據(jù)心電信號的每個周期進(jìn)行設(shè)置，通常有兩個參數(shù)一個是曝光的長度，另外一個是曝光的中心相位。這兩個參數(shù)通常是根據(jù)經(jīng)驗值來進(jìn)行選取，曝光的長度通常是圖像所需要的最小重建區(qū)間再加上一個冗余的時間，曝光的中心相位通常是70％。掃描之后利用這段曝光數(shù)據(jù)，根據(jù)默認(rèn)的曝光的中心相位進(jìn)行圖像重建就可以得到所需要的CT圖像。

目前心臟掃描通常根據(jù)的是事先選定好的相位來進(jìn)行掃描，然后根據(jù)對應(yīng)相位附近的掃描數(shù)據(jù)對心臟圖像進(jìn)行圖像重建。但是這個默認(rèn)的相位并不一定能提供最優(yōu)的圖像質(zhì)量，通常的情況是，醫(yī)生在進(jìn)行圖像重建之后如果發(fā)現(xiàn)圖像中的運動偽影比較嚴(yán)重，就會根據(jù)運動偽影的表現(xiàn)，再改變重建相位獲取其他掃描區(qū)間的圖像。然后直到找到一個比較合適的重建相位作為最后的臨床診斷圖像。

由于運動偽影的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的方法并沒有很好的辦法來量化識別這個運動偽影的量級，所以也就更沒有自動的方法來自動識別最優(yōu)的相位。而且傳統(tǒng)的手動方法，需要遍歷不同的相位，因此需要很多重建和處理的時間，效率上很難有效提高。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)目的：針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種心臟CT成像自動最優(yōu)相位識別方法，其基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了相位網(wǎng)絡(luò)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)快速找到最佳相位，降低運動偽影響、提高圖像質(zhì)量。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種心臟CT成像自動最優(yōu)相位識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

A1、數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備：收集m個病人心臟掃描的投影數(shù)據(jù)，每個病人重建M個不同相位的CT圖像，每個相位對應(yīng)一個表征圖像質(zhì)量的標(biāo)簽值，將得到的CT圖像數(shù)據(jù)隨機(jī)分為訓(xùn)練集、測試集和驗證集，m≧30,M≧20；

A2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型作為相位估計網(wǎng)絡(luò)，相位估計網(wǎng)絡(luò)的輸入為N個不同相位點重建得到的三維體數(shù)據(jù)、輸出為表示各個相位對應(yīng)的圖像質(zhì)量的向量；

A3、網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練：把訓(xùn)練集和測試集數(shù)據(jù)輸入到網(wǎng)絡(luò)模型中，訓(xùn)練得到相位估計網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

A4、最優(yōu)相位估計：從數(shù)據(jù)集中選取同一病人的N個相位的CT圖像作為測試圖像，輸入到相位估計網(wǎng)絡(luò)中，得到N個CT圖像的標(biāo)簽值和N個相位，根據(jù)各個CT圖像的標(biāo)簽值確定最優(yōu)標(biāo)簽值所對應(yīng)的相位。

優(yōu)選地，所述步驟A2中的相位估計網(wǎng)絡(luò)采用全連接網(wǎng)絡(luò)，或者convlstm網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)損失函數(shù)以均方誤差MSE為目標(biāo)函數(shù)。