基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法，该方法无需任何参数，将对血管图像进行二值化图像处理，通过距离变换、自适应距离传递和自适应平滑运算，实现对血管进行精准的像素级表征；能够解决现有血管直径表征方法中参数设置繁多、不能可视化研究、需要骨架化对原有血管形态造成破坏、不能实现像素级表征的问题，可以在保留血管原有形态的情况下，直接对其进行自适应地运算，并通过伪彩色编码来实现像素级的直径表征，有助于对提取特定尺寸的血管进行研究，也有助于研究血管的直径动态变化。也有助于研究血管的直径动态变化。也有助于研究血管的直径动态变化。

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法


[0001]本专利技术属于纤维直径测量表征与统计
，具体涉及一种基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法。

技术介绍

[0002]血管是血液向全身输送氧气和营养物质的通道，也是人体用于排泄新陈代谢产物的重要渠道。当血管发生病变时，往往会给患者造成巨大痛苦，甚至威胁生命；特别是心脑血管类疾病，对人类健康构成了严重威胁，占全球死亡总数的30％以上。基于采集的血管图像以高精度和高度定量化的方式获取形态变化，对于在各种疾病的背景下建立血管系统的结构和功能之间的关系具有重要意义，血管在组织生长或病变时最重要的改变之一是直径的变化，因此对血管直径的表征一直是人们研究的热点。
[0003]血管直径不仅是重要的形态特征，还反映着血压和血流的信息，对血管微循环的评估具有重要的意义，其相关表征方法已被广泛应用于各个领域：有报道根据血管直径的变化来作为药物对血管舒张效果的评判标准，血管直径也被用于研究小鼠胎儿大脑发育情况，作为大脑发育程度的特征参数；在癌症诊断方面，对肿瘤组织血管直径等信息的分析是判断肿瘤阶段的重要参考；在脑科手术领域，对脑血管直径的精确描绘有助于规划治疗方案，评估医疗设备的潜在风险；在血管动力学领域，主动脉血管的锥形结构(血管直径不断变化)常被用来研究其与动脉血压和动脉僵硬程度的关系。
[0004]目前已有不同的方法来表征血管的直径，同时也面临着各种各样的挑战；在早期研究中，血管的直径依赖于手动测量，这种方法效率低，难以确保准确性。文献[X.Zhao,W.Duan,T.Lin,et al.,Amethod of retinal vessel width measurement,in:The 2nd International Conference on Computer and Automation Engineering(ICCAE).IEEE,3,2010,pp.443
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446]提出了基于血管截面灰度信息通过高斯分布模型确定血管直径的方法，该方法需要根据血管边界点确定灰度分布，常用于二维血管图像的直径表征，但在三维图像中血管是柱状结构，很难通过血管边界点来确定血管的直径；此外，该方法的仅能给出离散的数值表征结果，不利于可视化的研究。文献[M.J.Sun,C.Li,N.B.Chen,et al.Full three
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dimensional segmentation and quantification of tumor vessels for photoacoustic images[J].Photoacoustics,2020,20]提出了一种三维血管直径测量方法，该方法首先对血管进行骨架化处理，在以骨架点为中心，在其附近构造小圆环，不断增加圆环的直径，直至圆环上有足够多的点与血管边界重合，此时圆环直径即为血管直径；但该方法较为复杂，并且仅能给出统计学结果，无法给出可视化信息，会导致局部信息的丢失，更无法对锥形血管进行精准表征。
[0005]因此，在现有的血管直径表征方法中，有些方法仅能实现二维血管图像的直径表征，一些表征方法可以得到数值结果，但很难用于可视化研究。同时，血管骨架化会破坏原始的形态学信息，不利于血管的动态监测，这种破坏性的表现也会阻碍临床诊断。此外，目
前尚未见针对锥形血管直径表征的报道，尚无精准描绘锥形血管直径变化信息的方法；因此，需要一种能够映射像素级直径信息的直接、自动量化方法，在保留血管原有形态结构的基础上对表征结果进行可视化展示，实现沿血管路径的精准表征，以便在动态监测中更好地了解血管系统的变化。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法，能够解决现有血管直径表征方法中参数设置繁多、不能可视化研究、需要骨架化对原有血管形态造成破坏、不能实现像素级表征的问题，可以在保留血管原有形态的情况下，直接对其进行自适应地运算，并通过伪彩色编码来实现像素级的直径表征。
[0007]一种基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法，包括如下步骤：
[0008](1)提取血管灰度图像并对图像进行二值化取反操作，进而计算得到图像的距离变换图谱DT；
[0009](2)对所述距离变换图谱DT进行自适应距离传递操作得到图谱DTT；
[0010](3)对所述图谱DTT进行自适应平滑操作，即可得到反映血管直径信息的图谱DMap；
[0011](4)对所述图谱DMap进行伪彩色编码，便可实现在保有血管形态的情况下对血管图像进行可视化像素级直径表征。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中计算图像的距离变换图谱DT，具体地：对于图像中的任一血管像素点，计算该像素点到背景点的最短距离即为该像素点在距离变换图谱DT中的DT值，背景点在距离变换图谱DT中的DT值均为0。
[0013]进一步地，所述步骤(2)的具体实现方式为：首先取距离变换图谱DT中的最大DT值，对其取整后作为armd，初始化一个尺寸为2armd+1的正方形窗口；对于距离变换图谱DT中任一血管像素点，以该像素点作为窗口的中心，对窗口内除中心点以外所有血管像素点的DT值从大到小进行排序，进而从序列中为窗口中心像素点寻找最佳的DT值即为该像素点在图谱DTT中的DTT值，背景点在图谱DTT中的DTT值均为0。
[0014]进一步地，从序列中为窗口中心像素点寻找最佳的DT值，具体实现方式为：从序列中依次选取一个DT值进行判断，判断条件为：当前DT值对应的像素点到窗口中心像素点的距离小于该DT值；若不满足则剔除并判断下一个DT值，直至找到第一个满足上述条件的DT值，即为窗口中心像素点寻找到最佳的DT值并作为该像素点在图谱DTT中的DTT值。
[0015]进一步地，所述步骤(3)的具体实现方式如下：
[0016]3.1对于图谱DTT中任一血管像素点，以该像素点为中心建立一个尺寸为2ArmdT(x,y)+1的正方形窗口，其中ArmdT(x,y)为该像素点在图谱ArmdT中的值，图谱ArmdT为图谱DTT取整操作后的结果；
[0017]3.2对窗口内除中心点以外所有血管像素点的DTT值求平均；
[0018]3.3将平均值乘以2后即作为该像素点在图谱DMap中的值，该值即为像素点处血管的直径值。
[0019]进一步地，所述步骤(4)的具体实现方式为：首先使用Matlab中的ind2rgb函数将
图谱DMap由灰度图转换为彩色图像，进而选用Jet的Colormap将彩色的图谱DMap转换为新的伪彩色编码图像DRGB。
[0020]为了展现不同像素点处的信号强弱，优选地，将原始的血管灰度图像与伪彩色编码图像DRGB中每个颜色通道对应像素值相乘，便可得到既包含直径信息(颜色)又包含信号强度信息(明暗)的可视化图像DiameterMap。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的血管直径自适应、像素级、可视化的定量表征方法，包括如下步骤：(1)提取血管灰度图像并对图像进行二值化取反操作，进而计算得到图像的距离变换图谱DT；(2)对所述距离变换图谱DT进行自适应距离传递操作得到图谱DTT；(3)对所述图谱DTT进行自适应平滑操作，即可得到反映血管直径信息的图谱DMap；(4)对所述图谱DMap进行伪彩色编码，便可实现在保有血管形态的情况下对血管图像进行可视化像素级直径表征。2.根据权利要求1所述的定量表征方法，其特征在于：所述步骤(1)中计算图像的距离变换图谱DT，具体地：对于图像中的任一血管像素点，计算该像素点到背景点的最短距离即为该像素点在距离变换图谱DT中的DT值，背景点在距离变换图谱DT中的DT值均为0。3.根据权利要求1所述的定量表征方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现方式为：首先取距离变换图谱DT中的最大DT值，对其取整后作为armd，初始化一个尺寸为2armd+1的正方形窗口；对于距离变换图谱DT中任一血管像素点，以该像素点作为窗口的中心，对窗口内除中心点以外所有血管像素点的DT值从大到小进行排序，进而从序列中为窗口中心像素点寻找最佳的DT值即为该像素点在图谱DTT中的DTT值，背景点在图谱DTT中的DTT值均为0。4.根据权利要求3所述的定量表征方法，其特征在于：从序列中为窗口中心像素点寻找最佳的DT值，具体实现方式为：从序列中依次选取一个DT值进行判断，判断条件为：当前DT值对应的像素点到窗口中心像素点的距离小于该DT值；若不满足则剔除并判断下一个DT值，直至找到第一个满足上述条件的DT值，即为窗口中心像素点寻找到最佳的DT值并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智毅，孟佳，丁志华，钱书豪，王春承，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：