基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法及系统，属于血管图像处理技术领域，包括获取造影序列中任意的相邻帧造影图像，获取采样点序列，标记待推理点；判断追踪过程中是否存在异常点，将异常点标记为待校正点；基于待校正点在第

【技术实现步骤摘要】
基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法及系统


[0001]本专利技术涉及血管图像处理
，尤其涉及一种基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法及系统
。

技术介绍

[0002]心血管相关疾病患病率逐年上升，是世界公认的最常见死因之一，其中冠心病的致死率极高，而诱发冠心病的主要因素是冠状动脉狭窄，它会严重影响心脏供血，严重威胁生命
。
目前冠心病诊断的金标准是冠脉造影
CAG(Coronary angiography)。
而在进行诸如造影融合等医疗技术手段时，常常需要对某条感兴趣血管段在造影帧序列上持续追踪
。
[0003]现有技术中在连续造影帧上追踪感兴趣血管段的方法通常是基于模板匹配法，例如现有技术
CN201380076357.1
公开的方法如下：
[0004]1.
在造影帧序列的某一帧
(
第
N
帧
)
的感兴趣血管段路径上采集一定数量的采样点
(
如图1所示
)
，构成采样点序列；
[0005]2.
以该帧
(
第
N
帧
)
的每个采样点为中心，将其周围一定尺寸的矩形区域作为该采样点的匹配模板；
[0006]3.
将下一帧
(
第
N+1
帧
)
上的一定尺寸的区域作为搜索框区域，借助匹配模板对每个采样点进行模板匹配操作，找到最相似的区域，以此在下一帧
(
第
N+1
帧
)
上找到每个采样点对应的追踪位置
。
[0007]4.
对这些在下一帧
(
第
N+1
帧
)
上找到了追踪位置的采样点进行优化
、
拟合等操作，以标定感兴趣血管段路径在下一帧
(
第
N+1
帧
)
上的位置，以此实现对血管段的追踪
。
[0008]现有技术缺陷：
[0009]首先，靠近造影帧边缘的采样点无法获取匹配模板，也就无法在下一帧上找到对应的追踪位置
。
如图2中所示，采样点2由于太靠近造影帧边缘，其匹配模板的尺寸超出了造影帧边界
。
[0010]其次，由于心脏跳动
、
造影剂浓度变化
、
感兴趣血管段偏移至视野区域以外
、
边支血管不规则交叠游移等原因，在下一帧上对采样点的匹配追踪常常会出现错误
。
[0011]最后，虽然感兴趣血管段上的每个采样点都成功追踪在下一帧的该血管段上，但其中有少许采样点的顺序是错乱的，而顺序的错乱会造成后期用这些点进行曲线拟合或路径规划时出现严重错误
(
如图3所示，由于冠脉分支发生游移，采样点2和采样点3的匹配追踪结果错乱
。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术的目的在于提供一种基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法及系统，通过推理
、
校正和重排，优化基于模板匹配法进行的血管追踪技术
。
[0013]本专利技术的一个实施例中提供了一种基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，包括以下步骤：
[0014]S1、
获取造影序列中任意的第
N
帧及第
N+1
帧造影图像；
[0015]S2、
获取采样点序列，将采样点序列中位于造影帧边缘的采样点标记为待推理点；对采样点序列中其他采样点进行模板匹配；
[0016]在第
N+1
帧造影图像中，对各个采样点利用所述模板进行匹配，实现采样点追踪，判断追踪过程中是否存在异常点，存在异常点时，将异常点标记为待校正点；
[0017]S3、
基于待校正点在第
N
帧造影图像中的位置，对待校正点在第
N+1
帧上的追踪结果进行校正；
[0018]S4、
基于待推理点在第
N
帧造影图像中的位置，对待推理点在第
N+1
帧上的追踪结果进行推理；
[0019]S5、
将追踪到的采样点逐一进行相似性对比重排，所述相似性对比重排过程包括：比对采样点在第
N+1
帧时的相对位置与在第
N
帧时的相对位置的相似性，若相似，则保持不变，若不相似，则调换采样点的相对位置后，从首个采样点开始，重新进行相似性对比；直至完成所有采样点重排，得到最终追踪结果
。
[0020]进一步优选的，在
S2
中，所述判断追踪过程中是否存在异常点，包括如下过程：
[0021]S201、
计算第
N+1
帧追踪到的采样点和第
N
帧中相应采样点的总体横向迁移量平均值或中位值
mean1
，并计算横向迁移量的总体标准差
std1
；
[0022]S202、
计算第
N+1
帧追踪到的采样点和第
N
帧中相应采样点的总体纵向迁移量平均值或中位值
mean2
，并计算纵向迁移量的总体标准差
std2
；
[0023]S203、
遍历第
N+1
帧中每一个追踪到的采样点，计算当前采样点的横向迁移量与总体横向迁移量平均值或中位值
mean1
之间的偏差
dev1
，以及当前采样点的纵向迁移量与总体纵向迁移量平均值或中位值
mean2
之间的偏差
dev2
；
[0024]S204、
当
dev1>
＝
k*std1
或
dev2>
＝
k*std2
时，则判定此追踪到的采样点为异常点；其中，
k
为迁移系数，取值范围为
(1
，
3)。
[0025]进一步优选的，还包括在第
N+1
帧中，剔除追踪到的采样点中的异常点，按照
S201
和
S202
的过程，重新计算其他采样点的总体横向迁移量的平均值或中位值
mean_new_1
以及总体纵向迁移量的平均值或中位值
mean_new_2。
[0026]进一步优选的，在
S3
中，所述基于待校正点在第
N
帧造影图像中的位置，对待校正点在第
N+1
帧上的追踪结果进行校正，包括按照如下公式对追踪结果进行校正：
[0027][0028]其中，
(x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
获取造影序列中任意的第
N
帧及第
N+1
帧造影图像；
S2、
获取采样点序列，将采样点序列中位于造影帧边缘的采样点标记为待推理点；对采样点序列中其他采样点进行模板匹配；在第
N+1
帧造影图像中，对各个采样点利用所述模板进行匹配，实现采样点追踪，判断追踪过程中是否存在异常点，存在异常点时，将异常点标记为待校正点；
S3、
基于待校正点在第
N
帧造影图像中的位置，对待校正点在第
N+1
帧上的追踪结果进行校正；
S4、
基于待推理点在第
N
帧造影图像中的位置，对待推理点在第
N+1
帧上的追踪结果进行推理；
S5、
将追踪到的采样点逐一进行相似性对比重排，所述相似性对比重排过程包括：比对采样点在第
N+1
帧时的相对位置与在第
N
帧时的相对位置的相似性，若相似，则保持不变，若不相似，则调换采样点的相对位置后，从首个采样点开始，重新进行相似性对比；直至完成所有采样点重排，得到最终追踪结果
。2.
根据权利要求1所述的基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，在
S2
中，所述判断追踪过程中是否存在异常点，包括如下过程：
S201、
计算第
N+1
帧追踪到的采样点和第
N
帧中相应采样点的总体横向迁移量平均值或中位值
mean1
，并计算横向迁移量的总体标准差
std1
；
S202、
计算第
N+1
帧追踪到的采样点和第
N
帧中相应采样点的总体纵向迁移量平均值或中位值
mean2
，并计算纵向迁移量的总体标准差
std2
；
S203、
遍历第
N+1
帧中每一个追踪到的采样点，计算当前采样点的横向迁移量与总体横向迁移量平均值或中位值
mean1
之间的偏差
dev1
，以及当前采样点的纵向迁移量与总体纵向迁移量平均值或中位值
mean2
之间的偏差
dev2
；
S204、
当
dev1&gt;
＝
k*std1
或
dev2&gt;
＝
k*std2
时，则判定此追踪到的采样点为异常点；其中，
k
为迁移系数，取值范围为
(1
，
3)。3.
根据权利要求2所述的基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，还包括在第
N+1
帧中，剔除追踪到的采样点中的异常点，按照
S201
和
S202
的过程，重新计算其他采样点的总体横向迁移量的平均值或中位值
mean_new_1
以及总体纵向迁移量的平均值或中位值
mean_new_2。4.
根据权利要求3所述的基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，在
S3
中，所述基于待校正点在第
N
帧造影图像中的位置，对待校正点在第
N+1
帧上的追踪结果进行校正，包括按照如下公式对追踪结果进行校正：其中，
(x
N
,y
N
)
为待校正点在第
N
帧造影图像中的位置，
(x
N+1
,y
N+1
)
为追踪到的待校正点在第
N+1
帧造影图像中的位置
。5.
根据权利要求3所述的基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，在
S4
中，所述基于待推理点在第
N
帧造影图像中的位置，对待推理点在第
N+1
帧上的追踪结果进行推理；包括按照以下公式计算得到待推理点的追踪结果：
其中，
(p
N
,q
N
)
为待推理点在第
N
帧造影图像中的位置，
(p
N+1
,q
N+1
)
为推理后的待推理点在第
N+1
帧造影图像中的位置
。6.
根据权利要求1所述的基于模板匹配法的冠脉造影血管追踪方法，其特征在于，在
S5
中，所述相似性对比重排，包括以下具体过程：
S501、
在第
N
帧中，计算当前第
i
个采样点与第
i+1
个采样点构成的向量的单位向量
Base_ori(i)
；
S502、
在第
N+1
帧中，查找追踪到的第
i
个采样点，计算追踪到的第
i
个采样点与第
i+1
个采样点构成的向量的单位向量
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢天宇，
申请(专利权)人：天津恒宇医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：