一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，根据血管内超声图像估算心率，确定心脏舒张期末的时间点并依据心率和心脏舒张期末时间点对血管内超声图像做门控处理得到门控图像序列。本发明提出的方法使用相邻帧的归一化的相关系数，该方法在同步心电信号缺失的情况下实现IVUS数据的门控，具有计算简便，高效的优点。不但大大减小后续的分析和辅助诊断的计算量，而且可以提高后续的分析和辅助诊断的准确性。
【专利说明】—种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理方法，具体涉及一种回溯性血管内超声(IntravascularUltrasound, IVUS)图象数据的自动门控方法。
【背景技术】
[0002]IVUS检查过程中，导管匀速缓慢撤出，速度通常为0.5~lmm/s，帧速为30f/s，典型的纵向分辨率为几十微米左右。如此高的纵向分辨率使得相邻帧的相似性极高。一次撤出即可获得几千帧图像，文件尺寸可达几百M至IG多。如此大的数据量，对计算机的硬件配置和软件开发提出了极高的要求，给后续的处理和分析带来了极大地挑战。而且，由于导管回撤过程中心脏的不断跳动，使得IVUS图像在轴向上产生跳动。观察血管内壁，呈现周期性的波浪状，反应了心脏的跳动。极高的纵向分辨率使得相邻帧的相似性也非常高。因此，临床上可以在IVUS采集的过程中同时记录患者的心电数据，然后采用心电门控的方法，只提取心脏舒张期末的帧，达到去除心跳影响和缩减数据量的目的。以导管回撤速度lmm/s，帧速为30f/s，心率60b/m来算，经心电门控后的数据量为原来的1/30。同时，去除心跳影响以后，血管内壁的连续性提高，便于后续的处理和分析。
[0003]但是，目前的临床实践中，常常忽略了心电数据的同步采集，很多回溯性研究的历史数据也没有同步采集心电数据，大去了依靠心电做门控的基础。因此，非常需要一种在没有同步心电信号的时候，能够对IVUS做心跳周期门控的方法。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术的不足，观察IVUS图像，可以发现，虽然相邻帧的相似程度很高，但是受到心脏周期性跳动的影响，图像相邻帧的相似程度也会出现周期性的变化。因此，本发明提出一种基于图像的回溯性IVUS图像数据的门控方法。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，根据血管内超声图像估算心率，确定心脏舒张期末的时间点并依据心率和心脏舒张期末时间点对血管内超声图像做门控处理得到门控图像序列。
[0006]本发明的进一步改进包括:
[0007]所述血管内超声图像数据估计心率的过程为:首先逐次计算相邻图像帧之间的归一化相关系数，得到帧之间相似性变化的曲线，然后对该一维信号做离散傅里叶变换，在频域空间上辨识心动周期。
[0008]所述在频域空间上辨识心动周期的方法是:在心率50-110次/分范围内，检查图像相关系数的频谱，其中最大值所在的频率即为该患者的心率。
[0009]所述在频域空间上辨识心动周期的方法是:在心率60-100次/分范围内，检查图像相关系数的频谱，其中最大值所在的频率即为该患者的心率。
[0010]所述心脏舒张期末时间点确定的过程为:根据得到的心率，计算出一个心动周期包含的帧数，从血管内超声图像序列图像的第一帧开始，在1.1个心动周期的范围内查找帧间归一化相关系数的最大值，以此作为舒张期末的位置点，得到门控输出的第一帧图像。
[0011]所述依据心率和舒张期末时间点做门控处理的过程为:以第一帧图像的位置开始，在下一个1.1个心动周期的范围内查找帧间归一化相关系数的最大值，得到门控输出的第二帧图像，以此类推，直到完成所有的血管内超声图像序列，最后输出门控图像序列。
[0012]所述相邻两帧图像间的归一化相关系数为:
【权利要求】
1.一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，根据血管内超声图像估算心率，确定心脏舒张期末的时间点并依据心率和心脏舒张期末时间点对血管内超声图像做门控处理得到门控图像序列。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述血管内超声图像数据估计心率的过程为:首先逐次计算相邻图像帧之间的归一化相关系数，得到帧之间相似性变化的曲线，然后对该一维信号做离散傅里叶变换，在频域空间上辨识心动周期。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述在频域空间上辨识心动周期的方法是:在心率50-110次/分范围内，检查图像相关系数的频谱，其中最大值所在的频率即为该患者的心率。
4.根据权利要求2所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述在频域空间上辨识心动周期的方法是:在心率60-100次/分范围内，检查图像相关系数的频谱，其中最大值所在的频率即为该患者的心率。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述心脏舒张期末时间点确定的过程为:根据得到的心率，计算出一个心动周期包含的帧数，从血管内超声图像序列图像的第一帧开始，在1.1个心动周期的范围内查找帧间归一化相关系数的最大值，以此作为舒张期末的位置点，得到门控输出的第一帧图像。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述依据心率和舒张期末时间点做门控处理的过程为:以第一帧图像的位置开始，在下一个1.1个心动周期的范围内查找帧间归一化相关系数的最大值，得到门控输出的第二帧图像，以此类推，直到完成所有的血管内超声图像序列，最后输出门控图像序列。
7.根据权利要求2-6任一项所述的一种基于图像回溯性血管内超声图像的心动门控方法，其特征在于，所述相邻两帧图像间的归一化相关系数为:
【文档编号】A61B8/02GK103961141SQ201310043904
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月2日 优先权日:2013年2月2日
【发明者】程康, 刘哲星 申请人:中国人民解放军第四军医大学