基于三维形态学的冠脉血管自动提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维形态学的冠脉血管自动提取方法，包括如下步骤：S1，获取图像数据后，按照获取时间依次对图像进行排序，对排序完成的图像进行直方图变换；S2，对于变换后的图像进行三维粗分割，将分割的冠状动脉图像的灰度范围值进行三维形态学处理，通过计算主动脉区域和腐蚀掉区域的邻接点，得到邻接点构成的连通域；S3，遍历全部邻接点，执行完毕后，输出每一个邻接点构成的连通域，执行切割冠状动脉图像过程，从输入的三维粗分割数据以及全部邻接点的连通域数据从而寻找冠状动脉的开口点，切割完成冠状动脉图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学图像提取领域，尤其涉及一种基于三维形态学的冠脉血管自动提 取方法。
技术介绍
通过从CT图像中提取冠脉血管，并分析序列中血管参数及运动信息，从而发现异 常，对于揭示心血管疾病具有重要意义，利用冠脉血管三维重构技术获得的三维血管空间 结构，不仅可以精确定位病变的空间位置，而且可以应用于虚拟规划及手术导航中，提高临 床手术的质量和成功率。心血管分割是正常组织和病变组织的三维重建、定量分析等后续 操作的基础，也是临床医学应用的瓶颈。分割的准确性对医生判断疾病的真实情况并做出 正确的诊断计划至关重要。经过多年发展，研究者们提出了较多的冠脉血管提取并三维重 构方法，包括基于活动轮廓框架的分割方法、基于血管骨架的方法、基于分水岭分割方法、 基于血管跟踪的方法、基于概率决策方法和基于混合图谱的方法等。 在这些方法中，基于跟踪方法人工干预过多，时间复杂度高，而其他方法对图像阈 值的力度要求过高，容易产生异常值，精度不高。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术 问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于三 维形态学的冠脉血管自动提取方法。 为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于三维形态学的冠脉血管自动 提取方法，其包括如下步骤： S1，获取图像数据后，按照获取时间依次对图像进行排序，对排序完成的图像进行 直方图变换； S2,对于变换后的图像进行三维粗分割，将分割的冠状动脉图像的灰度范围值进 行三维形态学处理，通过计算主动脉区域和腐蚀掉区域的邻接点，得到邻接点构成的连通 域； S3,遍历全部邻接点，执行完毕后，输出每一个邻接点构成的连通域，执行切割冠 状动脉图像过程，从输入的三维粗分割数据以及全部邻接点的连通域数据从而寻找冠状动 脉的开口点，切割完成冠状动脉图像。 所述的，优选的，所述S2包括： 根据图像的组成结构和应用需求将图像划分为若干个互不相交的子区域，以区域 为对象进行分割，根据相似性原则进行分割，将各图像像素划归到相应区域。 所述的，优选的，所述SI包括： 冠状动脉在成像时，注入造影剂，在图像中密度值较高，对密度值的直方图进行观 察，得到冠状动脉密度值集中在直方图高亮度部分，其集中在直方图靠高亮度的波中，利用 直方图阈值法，通过自动搜索最高密度值的波峰及该波起始处位置，得到分割阈值，实现阈 值分割。 所述的，优选的，所述Sl还包括： 窗宽Width为直方图高亮的波宽度；确定数据的中心值，用窗位Level表示对于 人体器官获得的某个值，如果小于确定值，转换成位图图像的黑色，即〇值；如果大于确定 值，转换成位图图像的白色，即255值；设初始像素值为X，转变后像素值为y，则公式如下所 示： 所述的，优选的，所述S2包括： 根据得到的三维粗分割图像，得到了心脏冠脉灰度范围，保留此范围内像素值，其 余的根据相关公式置为〇或1 ;为实现血管的粗分割，通过三维区域增长操作，将像素值属 性相似的相邻点合并到三维粗分割图像区域；设原始有效像素点集合为〇, 〇中有一有效像 素点Pv，其邻接点的集合为L26，需判断的点为Pd，相似性度量为S，判断依据如下： pve 〇, p de L 26，如果 Pd满足 S， 则0 = 〇+PdJ_操作将冠状动脉提取出来。 所述的，优选的，所述S3包括： 通过对三维粗分割数据结果的观察，通过三维腐蚀操作将细小的血管完全腐蚀 掉，通过恢复性膨胀操作得到除细长血管分支之外的主动脉部分；通过原体数据和腐蚀后 数据进行减操作得到腐蚀掉的分支，最后根据邻接关系得到疑似点； 此处使用结构模板M对体数据A进行腐蚀得到体数据B，表示为： 使用结构模板M对体数据B进行膨胀得到体数据C，表示为： 减操作得到腐蚀掉数据D，表示为： D = A-C; 由于数据中具有大量冗余信息，得到的开口点过多，通过判断心脏主动脉图像是 平滑的，形态保持接近圆柱； 开口点在主动脉中心线一定半径内，且其所映射的在上下几层的点必与主动脉所 在层区域邻接，根据此信息由种子点所在层向血管延伸层遍历，搜索到准确的两个冠状窦 口就结束。 所述的，优选的，所述S3包括： 得到的主动脉部分为体数据C ;腐蚀掉的数据为体数据D ;遍历所有像素点t e C， 探寻t的26邻域L26，若有像素点p e D且p e L26，则p为邻接点，即疑似开口点； 输入的连通域数据为得到的邻接点构成的众多连通域；种子点的获得如下，选取 一张血管延伸较前端的粗分割图像切片，依靠近似于圆和靠近切片中央特性，找到图像中 的主动脉区域H，选取任意一个像素点p e H即为种子点， 当前切片的半径和重心均是通过计算每一张粗分割切片的主动脉区域H所得，连 通域重心为每个连通域的重心； 其中切片重心与连通域重心之间所要满足的距离条件是通过医学先验知识和统 计学知识获得的，一般为主动脉区域半径的1.7倍之内；窦口点判断依据还包括此连通域 上是否有点与当前切片主动脉区域二维邻接； 从图像可以看出，根据找出的开口点，只要选取合适的角度进行切害U，就能将冠脉 血管与杂质进行分隔，达到分割的目的，切面是两个种子点和计算出来的点所构成的平面， 设这两个点为X1 (PX1, Py1, PZ1)和X2 (px2, py2, PZ2)，则第三个点的计算方法如下： X3= (min (px !，px2)，max (py!，py2)，mean (pz!，pz2)); 由于三点构成一个平面，通过这个面，对粗分割后的图像进行切割，最终去除杂质 得出分割的数据。 综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是： 本专利技术将冠脉图像信息与医学先验知识紧密结合，提出了基于三维形态学的冠脉 血管自动分割方法。首先利用直方图自动进行阈值分割，再利用冠脉的三维特性，自动进行 冠脉开口点截取，分离心房等部位，进而实现较为理想的对冠状动脉的全自动分割。 本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】 本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中： 图1是本专利技术流程图； 图2是本专利技术邻接点图； 图3是本专利技术冠状窦口探寻流程图。【具体实施方式】 下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。 在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限 制。 在本专利技术的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语"安装"、"相连"、 "连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可 以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维形态学的冠脉血管自动提取方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取图像数据后，按照获取时间依次对图像进行排序，对排序完成的图像进行直方图变换；S2，对于变换后的图像进行三维粗分割，将分割的冠状动脉图像的灰度范围值进行三维形态学处理，通过计算主动脉区域和腐蚀掉区域的邻接点，得到邻接点构成的连通域；S3，遍历全部邻接点，执行完毕后，输出每一个邻接点构成的连通域，执行切割冠状动脉图像过程，从输入的三维粗分割数据以及全部邻接点的连通域数据从而寻找冠状动脉的开口点，切割完成冠状动脉图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王翊，房斌，欧阳自鹏，张绍祥，谭立文，李颖，
申请(专利权)人：重庆大学，中国人民解放军第三军医大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85