心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法技术

本发明专利技术公开了一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法,其包括:在包含左心室心肌的若干片层、且在不同心动期相的心脏磁共振图像I

【技术实现步骤摘要】
心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法
本专利技术涉及医学图像领域，尤其是涉及心脏心功能磁共振图像的分割。
技术介绍
近年来，心血管疾病的发病率和死亡率正逐年增加。每年在美国有近600万人被检查出患有心血管疾病，而我国则有近300万人死于心血管疾病。心脏功能是诊断心血管疾病的重要指标，可以通过分析四维心功能磁共振图像中左心室相关的全局和局部特征参数实现，如：心室体积、射血分数和心肌壁厚等。心功能特征参数提取的准确性依赖于左心室心内外膜的准确定位，而计算机辅助诊断方案有助于提高在四维心功能磁共振图像中定位左心室心内外膜的可靠性和效率。由于四维心功能磁共振图像在不同病患扫描图像、相同病患的不同扫描断层图像以及相同扫描断层图像中灰度和梯度分布的巨大差异，另外，左心室心外膜周边临近组织的多样性，这些都增加了左心室心内外膜检测的难度。虽然在过去的近20年中，已有很多研究方法和结果的报道，但是在四维心功能磁共振影像中对左心室心内外膜进行准确的检测仍然没有解决。针对四维心功能磁共振图像中左心室心内外膜的检测，手动和需用户辅助的半自动检测方法比较繁复、效率低、并且存在较大的观察者之间和观察者自身的差异。在全自动检测方面，由于四维心功能磁共振图像在不同病患扫描图像、相同病患的不同扫描断层图像以及相同扫描断层图像中灰度和梯度分布的巨大差异，另外，左心室心外膜周边临近组织的多样性，导致简单的基于阈值的检测方法或者基于梯度的检测方法不足以准确地提取出左心室心内外膜。基于模型的检测方法需要大量的训练样本去训练模型以获得较为准确的检测结果，而这些精准训练样本的获取则是一项更艰巨和繁复的任务。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法,其包括以下步骤:S1.获取包含左心室心肌的若干片层、且在不同心动期相的心脏磁共振图像INP，其中N表示片层的序号，P表示心动期相序号，N、P均为大于或等于1的整数；S2.确定舒张末期的期相；S3.获得舒张末期的N个片层的磁共振图像的血池区域的粗分割结果；S4.以粗分割血池的质心为扫描起点，基于极坐标转换方法，利用射线扫描将舒张末期的每个片层的磁共振图像中左心室感兴趣区域内的图像数据转换为二维极坐标转换图像；S5.基于双动态规划方法在二维极坐标转换图像中检测心内膜及心外膜；利用极坐标逆转换获取原始片层图像中的心内、外膜，求凸包并平滑，完成舒张末期的N个片层的磁共振图像中的心内、外膜的分割；S6.从舒张末期的磁共振图像中的心内、外膜分割结果向其它心动期相的磁共振图像中的心内、外膜衍生分割结果。优选的，所述二维极坐标转换图像中的x轴表示了扫描射线的序号，y轴表示了射线上点距离扫描起点的距离；扫描的射线数目为180条，扫描起始半径为粗分割血池区域的边界位置减数个像素点，扫描终止半径为粗分割血池区域的边界位置加数个像素点。优选的，所述双边动态规划中，射线扫描方法顺序获得的射线(二维极坐标转换图像的每一列)被认为是阶段，射线上的点(二维极坐标转换图像每一列上的点)被认为是阶段上的候选点，从第一阶段到最后阶段(二维极坐标转换图像的第一列到最后一列)具有最小累积局部能量cost的路径被认为是最优路径，即检测到的左心室心内、外膜。优选的，所述局部能量cost包括内部能量costint和外部能量costext，其中内部能量costint决定了最优路径的平滑性，而外部能量costext决定了最优路径位于梯度大的位置。优选的，所述内部能量costint由以下公式获得:为心内膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上的归一化距离；为心外膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上的归一化距离；为由心内外膜候选点决定的心肌厚度在相邻图像列(和di-1)中的归一化距离；为心内膜候选点在图像第i列中在垂直方向上的位置，为心内膜候选点在图像第i-1列中在垂直方向上的位置，为心外膜候选点在图像第i列中在垂直方向上的位置，为心外膜候选点在图像第i-1列中在垂直方向上的位置，yrange为心内膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上变化距离最大值(3个像素)，drange为心肌厚度在相邻图像列中的变化距离最大值(5个像素)。优选的，所述外部能量为costext由以下公式获得:为心内膜的归一化梯度，为心外膜的归一化梯度，心内膜梯度是基于当前层原始的二维极坐标转换图像获得，心外膜梯度是基于当前层增强的二维极坐标转换图像获得。优选的，所述步骤S6包括：选取第K个片层的第t个心动期相(当前心动期相)的磁共振图像IKt；以第K个片层的第t-1个心动期相(前一心动期相)检测的心内膜确定的血池区域的质心为扫描起点，在第t-1个心动期相的磁共振图像中分割的心内、外膜边界附近，将第t个心动期相对应的磁共振图像IKt转换成二维极坐标转换图像PKt；统计从舒张末期至第t-1个心动期相的磁共振图像中已分割的心肌灰度的统计分布，通过原始图像IKt中像素点的灰度值与其在心肌灰度统计分布中相应灰度值的分布百分比值相乘，增强原始图像IKt中的心肌部分，并将增强的原始图像IKt转换为二维极坐标转换图像Pcard；基于双动态规划方法在二维极坐标转换图像Pkt、Pcard中检测左心室心内、外膜；第t-1个心动期相(前一心动期相)的分割的左心室心内外膜位置限定第t个心动期相(当前心动期相)的左心室心内外膜搜索的范围。基于二维极坐标转换图像中检测到的左心室心内、外膜，利用极坐标逆转换获取原始图像IKt中的左心室心内外膜，求凸包并平滑，得到检测结果。优选的，所述第t个心动期相(当前心动期相)的左心室心内外膜搜索的范围为：以第t-1个心动期相(前一心动期相)上分割的心内膜上20个像素点至外膜边界下10个像素点。优选的，所述步骤S2包括：在中间片层的每个心动期相所对应的磁共振图像IMP上，设定初始感兴趣区域，计算初始感兴趣区域在所有心动期相上的最大强度投影图像，聚类分割最大强度投影图像，选取圆度最大的区域A；计算中间片层的每个心动期相所对应的磁共振图像IMP在区域A中的图像平均灰度值，具有最大平均灰度值的磁共振图像IMP所在心动期相被定义为舒张末期。优选的，所述步骤S3包括：从中间片层开始向心尖和心底两个方向片层的磁共振图像分别进行分割，完成舒张末期的磁共振图像INP(ED)中的血池区域的粗分割。本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术的方法结合采用左心室心内外膜位置和梯度信息，利用双动态规划技术，同时实现心脏舒张期末期中左心室心内外膜的检测；本专利技术的方法利用相同片层在不同时序图像中的连续性特点，准确和有效地在四维心功能磁共振图像中实现左心室心内外膜的检测。本专利技术的方法可为后续的基于心脏心功能磁共振图像的计算机辅助诊断提供有力的支持和保障，并提高后续诊断的效率和准确性。【附图说明】图1为本明实施例中的一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法；图2为本专利技术实施例的一种心脏心功能磁共振图像中舒张末期图像中血池的分割方法的流程图；图3a为中间片层磁共振图像在感兴趣区域中的最大强度投影图像；图3b为中间片层磁共振图像的在初始感兴趣区域中的图像；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法,其特征在于包括以下步骤:S1.获取包含左心室心肌的若干片层、且在不同心动期相的心脏磁共振图像I

【技术特征摘要】
1.一种心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法,其特征在于包括以下步骤:S1.获取包含左心室心肌的若干片层、且在不同心动期相的心脏磁共振图像INP，其中N表示片层的序号，P表示心动期相序号，N、P均为大于或等于1的整数；S2.确定舒张末期的期相；S3.获得舒张末期的N个片层的磁共振图像的血池区域的粗分割结果；S4.以粗分割血池的质心为扫描起点，基于极坐标转换方法，利用射线扫描将舒张末期的每个片层的磁共振图像中左心室感兴趣区域内的图像数据转换为二维极坐标转换图像；S5.基于双动态规划方法在二维极坐标转换图像中检测心内膜及心外膜；利用极坐标逆转换获取原始片层图像中的心内、外膜，求凸包并平滑，完成舒张末期的N个片层的磁共振图像中的心内、外膜的分割；S6.从舒张末期的磁共振图像中的心内、外膜分割结果向其它心动期相的磁共振图像中的心内、外膜衍生分割结果。2.根据权利要求1所述的心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法，其特征在于，所述二维极坐标转换图像中的x轴表示了扫描射线的序号，y轴表示了射线上点距离扫描起点的距离；扫描的射线数目为180条，扫描起始半径为粗分割血池区域的边界位置减数个像素点，扫描终止半径为粗分割血池区域的边界位置加数个像素点。3.根据权利要求2所述的心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法，其特征在于，所述双边动态规划中，射线扫描方法顺序获得的射线被认为是阶段，射线上的点被认为是阶段上的候选点，从第一阶段到最后阶段具有最小累积局部能量cost的路径被认为是最优路径，即检测到的左心室心内、外膜。4.根据权利要求3所述的心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法，其特征在于，所述局部能量cost包括内部能量costint和外部能量costext，其中内部能量costint决定了最优路径的平滑性，而外部能量costext决定了最优路径位于梯度大的位置。5.根据权利要求4所述的心脏心功能磁共振图像中的心内外膜的分割方法，其特征在于，所述内部能量costint由以下公式获得:为心内膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上的归一化距离；为心外膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上的归一化距离；为心内膜候选点在图像第i列中在垂直方向上的位置，为心内膜候选点在图像第i-1列中在垂直方向上的位置，为心外膜候选点在图像第i列中在垂直方向上的位置，为心外膜候选点在图像第i-1列中在垂直方向上的位置，yrange为心内膜候选点在相邻图像列中在垂直方向上变化距...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜娈，凌姗，李强，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31