专利名称：一种四维心脏心功能参数自动获取方法
技术领域：
本发明涉及临床辅助诊断领域，特别涉及一种四维心脏心功能参数自动获取方法。
背景技术：
由于人体结构的复杂性和不同个体间的差异性，使得医学图像病变计算机自动检测成为一大难题。目前，临床上检测的用于评价心脏心功能的参数主要有心室舒张末期容积、收缩末期容积、射血分数、心肌质量、每搏输出量以及Tei指数(心肌做功指数)。心室容积是临床心功能评价的基础，因此精确地计算心室容积是心功能评价的前提条件。传统的左心室容积主要有以下两种(I)面积-长度法，该方法将心室假设成一个长椭圆体，通过测量椭圆的面积和长度来计算体积；(2) Simpson法，该方法将左心室腔沿长轴均匀地分成 若干连续的圆柱体，左心室容积等于各圆柱体容积的总和。传统方法的缺陷在于需要对心室的集合形状进行假设，由于心室并不是规则的椭圆体或者圆柱体，而且计算的容积包括乳头肌和肌小梁所占据的心腔，所以计算出来的心室容积精度不够，因此不能准确的反映心脏的病理现象，有可能导致误诊或错诊的严重后果。在现有技术中基于手动分割方法获取四维心脏心功能参数是指医生利用临床知识在医学图像上勾画出感兴趣的轮廓，其分割精度相比普通的自动分割方法要高，但是十分耗时且工作量大，每分割出一个完整时相所需要的时间在一小时左右，且受人为因素的影响较大，不同医生分割同一数据的结果不同，同一医生在不同时刻分割出的结果不同，这些缺陷导致的结果是诊断的差异性大、且操作具有不可重复性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种四维心脏心功能参数自动获取方法，通过该方法可以获取到更为精确的心脏心功能参数。本发明的目的通过下述技术方案实现一种四维心脏心功能参数自动获取方法，包括以下步骤(I)获取各个时相的四维心脏CT图像；(2)利用分割方法对获取的每个时相的四维心脏CT图像切片进行自动分割，获得切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌的轮廓；(3)采用体素容积叠加法得到CT图像切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌轮廓内各个时相的体素容积，具体步骤如下(3-1)获取CT图像在各个时相包含的切片数，获取各个时相的每个切片中各个部分轮廓内所包含的体素个数；(3-2)计算时相a的各个切片中某一部分轮廓内的单个体素容积Ji (3-3)将步骤(3-2)中得到的时相a各个切片某一部分轮廓内的单个体素容积Ji分别乘以相应切片中某一部分轮廓内体素的个数Xi，得到时相a各个切片中某一部分轮廓内体素的容积Zi ；(3-4)根据步骤(3-3)得到时相a各个切片中某一部分轮廓内的体素容积Zi，然后将此时相a的各个切片中某一部分轮廓内的体素容积相加，得到时相a的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积Va;(3-5)重复执行步骤(3-2)至(3-4)得到各个时相的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积；(3-6)依据步骤(3-1)至(3-5)获得在各个时相的所有切片中左心室、右心室、左心房、右心房、诞状动脉以及心肌轮廊内体素容积，即为左心室、右心室、左心房、右心房、诞状动脉以及心肌在各个时相的体素容积；其中上述步骤中的某一部分指的是左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉或心肌； (4)通过左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌在各个时相的体素容积判断出心脏的舒张期和收缩期，从而获取得到心脏的心功能参数。优选的，所述步骤(3-2)中Ji为AVi=ASi^rn*]!, (i = I, 2, 3. . . K)；其中(m，n)为时相a中相邻切片的同一像素空间，，Si为时相a的第i个与第i+1个相邻切片扫描位置之间的距离为时相a的第i个切片中某一部分轮廓内的单个体素容积；其中Ji为^i=ISw-Si I = |bi+1-bj ；其中bi为第i个切片Si的扫描位置，bi+1为第i+1切片Si+1的扫描位置。优选的，所述步骤(3-3)中时相a各个切片中某一部分轮廓内体素的容积Zi为；Zi = X^aVi, (i=l,2, 3. ..K)；其中为Xi为时相a第i个切片中某一部分轮廓内体素的个数，Zi为时相a第i个切片中某一部分轮廓内体素的容积。优选的，所述步骤(3-4)中时相a的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积Va为Va
二 ft优选的，所述步骤(I)中通过双源CT和心电门控技术获取四维心脏在各个时相的CT图像。优选的，所述步骤(2)中的分割方法为基于配准的分割方法。优选的，所述步骤(3)中的CT图像每个切片中各个部分轮廓内所包含的体素个数SSmatlab软件编程获得。优选的，CT图像在各个时相包含的切片数是相同的。优选的，所述步骤(4)中获取的心脏的心功能参数包括左心室及右心室的每搏输出量、射血分数和心肌质量；其中左心室在时相中的最小容积和最大容积分别为左心室的舒张末期容积和收缩末期容积；左心室每搏输出量等于左心室舒张末期容积减去左心室收缩末期容积，左心室射血分数为左心室每博输出量与左心室舒张末期的百分比，其中右心室在时相中的最小容积和最大容积分别为右心室的舒张末期容积和收缩末期容积；右心室每搏输出量等于右心室舒张末期容积减去右心室收缩末期容积，右心室射血分数为右心室每博输出量与右心室舒张末期的百分比，心肌质量等于心肌容积乘以心肌密度。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)本发明的方法将四维心脏图像的体素等同于一个小立方体，计算CT图像各个切片中某一部分轮廓内相当于小立方体的体积之和，就得到各个时相的体素容积，因而不受左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌的形态和乳头肌对心室容积的影响，计算更加精确。(2)本发明是将基于配准的分割算法运用到四维心脏心功能评价参数的自动获取方法中，该分割算法具有速度快和精确度高的优点，因此进一步提高了四维心脏心功能评价参数检测的准确度。
(2)本发明采用双源CT和心电图门控技术获取各个时相的四维心脏图像，双源CT (Dual-source CT，DSCT)用极低的曝光剂量实现了高质量的图像和细节，它具有83ms的时间分辨率，在进行心脏图像采集时不受心率的影响，能够支持所有心率的心脏扫描，因此可以获取到非常理想的四维心脏CT图像。
图I为本发明方法的流程图。图2为通过本发明方法获取的未成年组左心室容积-时相曲线。图3为分别通过本发明方法和基于手动分割方法获取的未成年组左心室容积-时相曲线。图4为通过本发明方法得到的成年组左心室容积-时相曲线。图5为分别通过本发明方法和基于手动分割方法获取的成年组左心室容积-时相曲线。图6为通过本发明方法获取的成年组心肌容积-时相曲线。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图I所示为四维心脏的左心室心功能参数的获取方法，包括以下步骤(I)通过双源CT和心电门控技术获取21个时相的四维心脏CT图像；(2)利用基于配准的分割方法对获取的每个时相的四维心脏CT图像切片进行自动分割，获得切片中左心室的轮廓；(3)采用体素容积叠加法得到切片中左心室轮廓内各个时相的体素容积，具体步骤如下(3-1)获取CT图像在各个时相包含的切片数K，通过matlab软件获取各个时相的每个切片中左心室轮廓内所包含的体素个数；(3-2)计算时相a的各个切片中左心室轮廓内的单个体素容积Ji AVi=ASi^m*]!, (i=l, 2, 3. . . K)；其中(m，n)为时相a中相邻切片的同一像素空间，，Si为时相a的第i个与第i+1个相邻切片扫描位置之间的距离；Ji即为时相a的第i个切片中某一部分轮廓内的单个体素容积；其中第i个切片中左心室轮廓内像素点的像素空间Pl为(m，n)，第i个切片的扫描位置Si为匕；第i+1个切片中左心室轮廓内像素点的像素空间P2为(m，n)，第i+1切片的扫描位置是Si+1为bi+1，第i+1个切片和第i个切片扫描位置之间的距离，Si为^i=ISw-Si I = |bi+1-bj ；(3-3)根据步骤(3-2)得到在时相a的每个切片中左心室轮廓内的体素容积Zi = X^aVi, (i=l,2, 3. ..K)；其中为Xi为时相a第i个切片中左心室轮廓内体素的个数,Zi为时相a中第i个切片中左心室轮廓内体素的容积；(3-4)根据步骤(3-3)得到时相a各个切片中左心室轮廓的体素容积，然后将此时相a的各个切片中左心室轮廓的体素容积相加，得到此时相的所有切片中左心室轮廓的体素容积
权利要求
1.一种四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)获取各个时相的四维心脏CT图像； (2)利用分割方法对获取的每个时相的四维心脏CT图像切片进行自动分割，获得切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌的轮廓； (3)采用体素容积叠加法得到CT图像切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌轮廓内各个时相的体素容积，具体步骤如下 (3-1)获取CT图像在各个时相包含的切片数，获取各个时相的每个切片中各个部分轮廓内所包含的体素个数； (3-2)计算时相a的各个切片中某一部分轮廓内的单个体素容积Ji (3-3)将步骤(3-2)中得到的时相a各个切片某一部分轮廓内的单个体素容积，Vi乘以相应切片中某一部分轮廓内体素的个数，得到时相a各个切片中某一部分轮廓内体素的容积Zi ； (3-4)根据步骤(3-3)得到时相a各个切片中某一部分轮廓内的体素容积Zi，然后将此时相a的各个切片中某一部分轮廓内的体素容积相加，得到时相a的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积Va ； (3-5)重复执行步骤(3-2)至(3-4)得到各个时相的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积； (3-6 )依据步骤(3-1)至(3-5 )获得在各个时相的所有切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌轮廓内体素容积，即为左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌在各个时相的体素容积；其中上述步骤中的某一部分指的是左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉或心肌； (4)通过左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌在各个时相的体素容积判断出心脏的舒张期和收缩期，从而获取得到心脏的心功能参数。
2.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(3-2)中 Ji 为: Ji=ASi*!!!*]!, (i = I, 2, 3. . . K)； 其中(m，η)为时相a中相邻切片的同一像素空间，K为CT图像在时相a时包含的切片数，为时相a的第i个与第i+Ι个相邻切片扫描位置之间的距离'Ji为时相a的第i个切片中某一部分轮廓内的单个体素容积； 其中A为 ASi=I Sw-Si I = |bi+1-bj ； 其中4为第i个切片Si的扫描位置，bi+1为第i+Ι切片Si+1的扫描位置。
3.根据权利要求2所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(3-3)中时相a各个切片中某一部分轮廓内体素的容积Zi为； Zi =(i = 1,2, 3. ..K)； 其中为Xi为时相a第i个切片中某一部分轮廓内体素的个数，Zi为时相a第i个切片中某一部分轮廓内体素的容积。
4.根据权利要求3所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(3-4)中时相a的所有切片中某一部分轮廓内的体素容积Va为
5.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤Cl)中通过双源CT和心电门控技术获取四维心脏在各个时相的CT图像。
6.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(2)中的分割方法为基于配准的分割方法。
7.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(3)中的CT图像每个切片中各个部分轮廓内所包含的体素个数通过matlab软件编程获得。
8.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，CT图像在各个时相包含的切片数是相同的。
9.根据权利要求I所述的四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，所述步骤(4)中获取的心脏的心功能参数包括左心室及右心室的每搏输出量、射血分数和心肌质量；其中左心室在时相中的最小容积和最大容积分别为左心室的舒张末期容积和收缩末期容积；左心室每搏输出量等于左心室舒张末期容积减去左心室收缩末期容积，左心室射血分数为左心室每博输出量与左心室舒张末期的百分比，其中右心室在时相中的最小容积和最大容积分别为右心室的舒张末期容积和收缩末期容积；右心室每搏输出量等于右心室舒张末期容积减去右心室收缩末期容积，右心室射血分数为右心室每博输出量与右心室舒张末期的百分比，心肌质量等于心肌容积乘以心肌密度。
全文摘要
本发明公开了一种四维心脏心功能参数自动获取方法，其特征在于，包括以下步骤(1)获取各个时相的四维心脏CT图像；(2)利用分割方法对获取到的四维心脏图像进行自动分割，获得左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌的轮廓；(3)采用体素容积叠加法分别计算出左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌的轮廓在各个时相的体素容积；(4)通过左心室、右心室、左心房、右心房、冠状动脉以及心肌在各个时相的容积判断出心脏的舒张期和收缩期，从而获取得到心脏的心功能参数。通过本发明方法获得的心脏心功能参数在精确度上有了较大的提高。
文档编号A61B6/03GK102961161SQ201210497330
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者杨荣骞, 谢姿, 欧陕兴, 黎丽华, 吴效明 申请人:华南理工大学