[發(fā)明專利]一種基于平掃CT生成CT血管成像的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202111597005.3
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114494482A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 婁昕;呂晉浩;周欣;段曹輝;馬笑笑
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/33;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬

本發(fā)明公開了一種基于平掃CT生成CT血管成像的方法，獲取平掃CT圖像和層面對應的CTA圖像；構建用于從平掃CT圖像生成CTA圖像的深度學習模型；定義深度學習模型的損失函數(shù)，采用反向傳播和梯度下降算法，尋找使損失函數(shù)最小的模型參數(shù)，獲得訓練好的深度學習模型。本發(fā)明方法不僅能夠克服目前CTA注射造影劑的缺陷，規(guī)避了由于注射造影劑而可能引起的過敏反應或者腎毒性，極大地減少了CTA的成本和難度，適用多種醫(yī)療場景，具有很高的臨床應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于醫(yī)學圖像處理技術領域，具體涉及一種基于平掃CT生成CT血管成像的方法。

背景技術

目前臨床上主要用于血管成像的方法有數(shù)字剪影血管造影(Digitalsubtraction angiography,DSA),計算機體層攝影血管成像(Computed topographyangiography,CTA)，磁共振血管成像(Magnetic resonance angiography,MRA)，以及超聲血管成像等。其中，DSA由于空間分辨率高且能夠?qū)崟r觀察，被認為是血管成像的金標準，但是，這種方法有創(chuàng)傷，往往不作為首選的檢查方法。CTA和MRA可對全身各部位血管進行成像，且創(chuàng)傷很小，常常作為首選的檢查方法。超聲血管成像由于只能對特定部位成像，且成像效果容易受到患者本身情況以及操作者水平影響。DSA、CTA需要注射造影劑(也稱為：對比劑)才能達到成像的目的，MRA除在特定幾個部位(例如：頭血管)無需造影劑外，其他部位的血管成像均需要注射造影劑。

注射造影劑前稱為平掃CT，血管結構在平掃CT顯示為低密度，無法區(qū)分管腔和管壁。注射造影劑之后稱為增強CT，CTA是增強CT的一種特例。在CT血管成像時，血管的管腔結構顯示為高密度，管壁則無變化，兩者可顯著地區(qū)分，從而獲得管腔的形態(tài)變化。目前臨床中通常使用CTA方法，但是，由于需要注射造影劑，存在造影劑過敏或相關不良事件等發(fā)生的可能性，同時由于造影劑具有腎毒性，對于腎臟功能受損的患者無法進行該項檢查，另外，目前的CTA技術只利用到了注射造影劑之后血管密度增加這一個特征，而人體血管本身具有特定的位置和形態(tài)特征，如胸腹主動脈走行于脊柱前方，其有固定分支及走行方向，這些特征在目前的CTA技術均未使用。

針對上述問題，本發(fā)明提出基于平掃CT生成CTA的方法，其無需注射造影劑，通過深度學習的方法，充分利用血管的位置特征及形態(tài)特征，并結合平掃CT上管腔中血液低密度特征，將平掃CT獲得的血管結構進行提取，不僅能夠克服目前CTA注射造影劑的缺陷，而且能夠極大地減低檢查費用，適用多種醫(yī)療場景，具有很高的臨床應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有CTA中存在的上述技術問題，提出了一種基于平掃CT生成CT血管成像的方法。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種基于平掃CT生成CT血管成像的方法，包括以下步驟：

步驟1、獲取平掃CT圖像x_i和層面對應的CTA圖像y_i，構成訓練集N為志愿者的總數(shù)；

步驟2、構建用于從平掃CT圖像生成CTA圖像的深度學習模型，深度學習模型依次包括輸入層、第一個SA模塊、收縮路徑、擴張路徑、第二個SA模塊和輸出層；

步驟3、定義深度學習模型G_θ(·)的損失函數(shù)L(θ)，

其中，·表示模型輸入，θ表示模型參數(shù)，表示L2范數(shù)，⊙表示逐元素乘積，M_i指CTA圖像中血管區(qū)域的mask；

步驟4、采用反向傳播和梯度下降算法，尋找使損失函數(shù)L(θ)最小的模型參數(shù)獲得訓練好的深度學習模型

如上所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1、使用CT機采集N名志愿者的平掃CT圖像和層面對應的CTA圖像；