一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法技术

本发明专利技术公开了一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法。该方法首先利用同一病人的冠状动脉CT造影图像，分割心脏及主动脉区域，提取冠状动脉中轴线并命名，然后将这些结果通过图像配准映射到普通CT图像上，生成一个用于钙化点检测的感兴趣区域，从而精确定位CT图像中位于冠状动脉血管壁上的钙化点。此外，利用冠状动脉中轴线命名结果，本方法还能区分属于不同冠状动脉主要分支的钙化点。本发明专利技术公开的方法能够有效提高冠状动脉钙化分数计算的准确性及计算机辅助诊断的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法
本专利技术涉及图像处理
，特别是用于CT图像的冠状动脉钙化分数的全自动计算方面。
技术介绍
冠心病是威胁人类健康的一种严重疾病，多年来冠心病在国内外均位列人类致死原因的前几位。位于冠状动脉上的钙化点是冠心病的一个重要临床症状，正确识别钙化点及钙化的严重程度将有助于准确地进行冠心病诊断并制定最终治疗方案。根据国际心血管CT协会(SocietyofCardiovascularComputedTomography)提出的心血管CT图像诊断标准(参见Raff，G.L.等人发表的论文“SCCTguidelinesfortheinterpretationandreportingofcoronarycomputedtomographicangiography”，JournalofCardiovascularComputedTomography，3(2)，122--136(2009))，临床上采用不注射造影剂的CT图像计算冠状动脉的Agatston钙化分数(Calciumscoring)，用来评估冠状动脉钙化的严重程度。此外，还应该对位于冠状动脉血管树四大主要分支(左主支、左前降支、左旋支和右冠状动脉)及其分支血管上的钙化点加以区分，从而分别计算这些主要分支各自的血管钙化分数。目前，临床上使用的商业软件均采用手工选择的方法来来确定冠状动脉上钙化点，并进一步计算钙化分数，这样导致医生的工作量较大。因此，有必要设计相关的算法来实现自动计算钙化分数，以减少医生手工操作的工作量。但是，在冠状动脉周围的组织内，如心腔、主动脉等，也会存在形状及图像灰度值近似的钙化点。如图1所示，为不加造影剂的CT图像，其中的亮点分别为主动脉钙化点1和冠状动脉钙化点2，可见心脏、冠状动脉及其周围组织的边界不够清晰，并且从已有的相关算法结果表明仅利用CT图像自动确定冠状动脉钙化点准确性较低。此外，由于在CT图像中无法提取冠状动脉，对不同主动脉分支上的钙化点加以区分也存在较大困难。所以，如何准确的识别冠状动脉上的钙化点并确定其所属血管分支成为了自动计算冠状动脉钙化分数算法亟需解决的关键问题。近年来，随着冠状动脉CT造影成像方式的广泛使用，在利用CT进行冠心病筛查时，除了采集不注射造影剂的普通CT图像外，还会采集空间分辨率更高的冠状动脉CT造影图像，如图2所示。CT造影图像能够较为准确地提供心脏内的解剖结构，使得医生能够在利用CT图像计算冠状动脉钙化分数的同时，还可以观察到图2中的冠状动脉4、心腔及主动脉3的解剖结构。如果能利用冠状动脉CT造影图像提供的解剖结构信息定位普通CT图像中冠状动脉的钙化点，将能够解决冠状动脉钙化点的定位不精确且无法确定其所属分支这两个难点问题。
技术实现思路
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数的计算方法，解决现有的CT图像中自动定位冠状动脉钙化点精度较低且无法确定其所属分支这两个难点问题。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法，利用同一病人的CT图像和注射造影剂增强的CT造影图像自动分割CT图像中的冠状动脉钙化点，并利用钙化点分割结果计算钙化分数，具体包括顺序执行的以下步骤：步骤(1)、分割CT造影图像中的主动脉及心脏；步骤(2)、提取CT造影图像中的冠状动脉血管中轴线并对其进行分割；步骤(3)、将同一病人的CT图像和CT造影图像进行配准从而获得形变参数，然后利用获得的形变参数将步骤(1)和步骤(2)中分割出来的主动脉、心脏以及冠状动脉血管中轴线进行形变后映射到CT图像中，生成用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域；步骤(4)、在用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域内获取冠状动脉钙化点检测结果并计算冠状动脉钙化分数。本专利技术首先从空间分辨率更高、图像显示更为清晰的CT造影图像入手，将检测冠状动脉钙化点所涉及到的心脏、主动脉以及冠状动脉均分割出来，再结合图像配准的方法将分割出来的心脏、主动脉以及冠状动脉都映射到最终检测冠状动脉钙化点的CT图像上，使得原本结构不够清晰的CT图像可以明显区分心脏、主动脉以及冠状动脉，然后在CT图像上仅选择冠状动脉作为冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域。这样综合CT图像和CT造影图像，可以将冠状动脉钙化点检测限定在冠状动脉附近的区域范围内，提高了冠状动脉钙化点分割的准确率。进一步的，在本专利技术中，考虑到由于不同病人的CT造影图像中心脏和主动脉的解剖形态存在一定差异，所以为了能够适应这些差异，可以采用基于多模板(Multi-atlas)图像配准的分割算法，分割CT造影图像中心脏和主动脉区域。基于多模板图像配准的分割算法，主要是利用专家库中的图像即模板图像与待分割的图像进行图像配准，然后利用配准获得的空间形变参数，将模板图像上由专家标记好的心脏及主动脉区域映射到待分割图像上，从而获得待分割图像中相应区域的分割结果。因此所述步骤(1)具体包括以下步骤：步骤(11)、将CT造影图像与专家库中的N个模板图像分别进行图像配准，获得形变参数；这里N的范围没有明确规定，根据经验，可选择N为6～10较佳，在此范围内工作量适中且分割的精度满足要求；步骤(12)、利用步骤(11)获得的形变参数，将N个模板图像上的心脏和主动脉二者的专家分割结果形变后都映射到CT造影图像上；步骤(13)、将步骤(12)所得到的映射后的CT造影图像上的N个心脏及主动脉的形变结果分别各自合并，获得CT造影图像中心脏及主动脉的最终分割结果。进一步的，在本专利技术中，由于冠状动脉解剖结构差异性较大，所以只有对冠状动脉血管中轴线进行提取，才能准确定位位于冠状动脉血管壁上的钙化点，提高钙化点检测的准确性。所以所述步骤(2)具体包括以下步骤：步骤(21)、利用冠状动脉血管中轴线提取算法提取CT造影图像中的冠状动脉血管中轴线，并利用形态学膨胀算子进行膨胀获得冠状动脉区域的掩膜图像；步骤(22)、对步骤(21)获得的冠状动脉血管中轴线根据其解剖名称进行命名并分割成不同的冠状动脉主要分支，然后将掩膜图像中对应于不同冠状动脉主要分支的区域设为不同数值。冠状动脉血管树中的包括左主支、左前降支、左旋支和右冠状动脉四个主要分支，将冠状动脉血管树拆分为四个部分，分别对应左主支、左前降支，左旋支、右冠状动脉以及由这些主要血管发出的分支。对这四个部分分别命名为左主支、左前降支、左旋支和右冠状动脉，这样能够区别出属于不同冠状动脉主要分支的钙化点，并进一步计算不同冠状动脉主要分支的钙化分数。利用对掩膜图像设置不同的数值可以较为简便直观地区分出不同的区域。进一步的，在本专利技术中，在CT造影图像中分割了主动脉、心脏及冠状动脉之后，需要将这些结果映射到CT图像上，进而估计出CT图像中用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域，在选择用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域时需要将冠状动脉钙化点检测限定在冠状动脉周围，这样才能够避免误检测出主动脉内及非心脏区域内的钙化点。所以所述步骤(3)具体包括以下步骤：步骤(31)、将同一病人的CT图像和CT造影图像先后采用仿射变换方法和非刚体配准方法进行图像配准，获得形变参数；步骤(32)、利用步骤(31)中获得的形变参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法，其特征在于：利用同一病人的CT图像和注射造影剂增强的CT造影图像自动分割CT图像中的冠状动脉钙化点，并利用钙化点分割结果计算钙化分数，具体包括顺序执行的以下步骤：步骤(1)、分割CT造影图像中的主动脉及心脏；步骤(2)、提取CT造影图像中的冠状动脉血管中轴线并对其进行分割；步骤(3)、将同一病人的CT图像和CT造影图像进行配准从而获得形变参数，然后利用获得的形变参数将步骤(1)和步骤(2)中分割出来的主动脉、心脏以及冠状动脉血管中轴线进行形变后映射到CT图像中，生成用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域；步骤(4)、在用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域内获取冠状动脉钙化点检测结果并计算冠状动脉钙化分数。

【技术特征摘要】
1.一种全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法，其特征在于：利用同一病人的CT图像和注射造影剂增强的CT造影图像自动分割CT图像中的冠状动脉钙化点，并利用钙化点分割结果计算钙化分数，具体包括顺序执行的以下步骤：步骤(1)、分割CT造影图像中的主动脉及心脏；步骤(2)、提取CT造影图像中的冠状动脉血管中轴线并对其进行分割；所述步骤(2)具体包括步骤(21)、(22)：步骤(21)、利用冠状动脉血管中轴线提取算法提取CT造影图像中的冠状动脉血管中轴线，并利用形态学膨胀算子进行膨胀获得冠状动脉区域的掩膜图像；步骤(22)、对步骤(21)获得的冠状动脉血管中轴线根据其解剖名称进行命名并分割成不同的冠状动脉主要分支，然后将掩膜图像中对应于不同冠状动脉主要分支的区域设为不同数值；步骤(3)、将同一病人的CT图像和CT造影图像进行配准从而获得形变参数，然后利用获得的形变参数将步骤(1)和步骤(2)中分割出来的主动脉、心脏以及冠状动脉血管中轴线进行形变后映射到CT图像中，生成用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域；步骤(4)、在用于冠状动脉钙化点检测的感兴趣区域内获取冠状动脉钙化点检测结果并计算冠状动脉钙化分数。2.根据权利要求1所述的全自动CT图像冠状动脉钙化分数计算方法，其特征在于：所述步骤(1)采用基于多模板图像配准的分割算法，具体包括以下步骤：步骤(11)、将CT造影图像与专家库中的N个模板图像分别进行图像配准，获得形变参数；步骤(12)、利用步骤(11)获得的形变参数，将N个参考图像模板图像上的心脏和主动脉二者的专家分割结果形变后都映射到CT造影图像上；步骤(13)、将步骤(12)所得到的映射后的CT造影图像上的N个心脏及主动脉的形变结果分别各自合并，获得CT造影图像中心脏及主动脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冠羽，王征，宁秀芳，孙巧榆，舒华忠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32