心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统。所述方法包括：建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤；初始化活动轮廓模型的步骤；确定左心室内外表面轮廓的步骤；以及重建左心室三维轮廓的步骤。上述心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统，采用混合高斯模型将磁共振图像划分成多个区域，再采用移动正方形法初始化活动轮廓模型，采用活动轮廓模型的能量最小化方程求解得到左心室内外表面轮廓，再由左心室内外表面轮廓重建三维轮廓，因采用混合高斯模型及活动轮廓模型求取的左心室内外表面轮廓较为准确，进而重建的三维轮廓的准确度也较高。
【专利说明】心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，心血管疾病已成为人类死亡的主要原因之一。尽早确诊疾病是提高治愈和减少发病危险的一个重要因素。为了了解心脏的内部情况，采用磁共振成像技术对心脏扫描成像。磁共振图像可观察到一个心跳周期内左心室的运动情况。
[0003]传统的心脏磁共振图像一般为二维图像，对该二维图像进行分割可得到心脏的轮廓，然而该心脏轮廓分割准确度低，且无法准确重建左心室三维轮廓。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种能提高准确度的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法。
[0005]此外，还有必要提供一种能提高准确度的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统。
[0006]一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，包括:
[0007]建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤，对获取的心脏磁共振图像建立混合高斯模型，采用预设数量高斯分布将所述心脏磁共振图像划分成相应的灰度区域图像；
[0008]初始化活动轮廓模型的步骤，采用移动正方形法对所述灰度区域图像的边缘进行处理得到初始化的活动轮廓模型；
[0009]确定左心室内外表面轮廓的步骤，根据所述活动轮廓模型的能量最小化方程分别求解得到所述左心室内外表面轮廓；以及
[0010]重建左心室三维轮廓的步骤，获取一个心跳周期内多幅空间位置相邻的心脏磁共振图像的横轴图像，获取每幅横轴图像的左心室内外表面轮廓，将多个横轴图形的左心室内外表面轮廓连接起来，形成心脏磁共振图像的左心室三维轮廓。
[0011]一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，包括:
[0012]模型建立模块，用于对获取的心脏磁共振图像建立混合高斯模型，采用预设数量高斯分布将所述心脏磁共振图像划分成相应的灰度区域图像；
[0013]初始化活动轮廓模块，用于采用移动正方形法对所述灰度区域图像的边缘进行处理得到初始化的活动轮廓模型；
[0014]左心室内外轮廓获取模块，用于根据所述活动轮廓模型的能量最小化方程分别求解得到所述左心室内外表面轮廓；以及
[0015]三维轮廓重建模块，用于获取一个心跳周期内多幅空间位置相邻的心脏磁共振图像的横轴图像，获取每幅横轴图像的左心室内外表面轮廓，将多个横轴图形的左心室内外表面轮廓连接起来，形成心脏磁共振图像的左心室三维轮廓。[0016]上述心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统，采用混合高斯模型将磁共振图像划分成多个区域，再采用移动正方形法初始化活动轮廓模型，采用活动轮廓模型的能量最小化方程求解得到左心室内外表面轮廓，再由左心室内外表面轮廓重建三维轮廓，因采用混合高斯模型及活动轮廓模型求取的左心室内外表面轮廓较为准确，进而重建的三维轮廓的准确度也较高。
[0017]此外，采用重建的左心室三维轮廓测量出泵血量和泵血率参数，测量方便且准确。【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为一个实施例中心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法的流程图图；
[0019]图2为建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的流程图；
[0020]图3为四种加入短线段的情况；
[0021]图4为移动正方形法初始化的心脏轮廓示意图；
[0022]图5A为采用Canny边界检测方法检测的边界线条；
[0023]图5B为边界提供给活动轮廓模型的受力情况；
[0024]图6A为活动轮廓模型分割的左心室中部磁共振图像；
[0025]图6B为左心室尖端磁共振图像；
[0026]图7为左心室内外表面轮廓三维网格重建的结果；
[0027]图8为点云法测量体积的示意图；
[0028]图9为该测量心室的泵血量和泵血率的流程图；
[0029]图10为左心室三维轮廓划分的等距的小方格；
[0030]图1lA为穿过点的直线与网格的交点的示意图；
[0031]图1lB为另一穿过点的直线与网格的交点的示意图；
[0032]图1lC为另一穿过点的直线与网格的交点的示意图；
[0033]图12为一个实施例中心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统的结构框图；
[0034]图13为图12中模型建立模块的内部结构框图；
[0035]图14为另一个实施例中心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统的结构框图；
[0036]图15为图14中参数获取模块的内部结构框图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体的实施例及附图对一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法和系统的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。
[0038]磁共振图像是在电流激活时偏离原来的方向，电流撤去后氢原子逐渐回到原来的方向，放出一个同频率的信号，在梯度磁场中氢原子转速的不同选取不同位置拍摄得到的图像。
[0039]如图1所示，为一个实施例中心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法的流程图。该心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，包括:
[0040]步骤S102，建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤，对获取的心脏磁共振图像建立混合高斯模型，采用预设数量高斯分布将该心脏磁共振图像划分成相应的灰度区域图像。
[0041]在一个实施例中，如图2所示，该建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤包括:
[0042]步骤S202，将心脏磁共振图像分成预设数量个高斯分布的灰度区域图像，建立混合高斯模型，计算混合高斯模型的先验概率。
[0043]因心脏磁共振图像的左心室内壁边界比较清晰可分，心脏磁共振图像按灰度大体上可分为三个区域，灰度最亮的区域为肺部的气管、心室内部的血液和脂肪，灰度比较暗的区域为肺部气泡区域，灰度处于中间的区域为心肌。心脏磁共振图像的灰度可采用三个高斯分布表示，用期望最大化 可求解混合高斯模型的参数，该混合高斯模型的参数包括均值及方差。
[0044]本实施例中，将心脏磁共振图像分成三个区域，然后计算每个区域的先验概率。该先验概率可通过三种方法得到:第一种，对整个心脏磁共振图像的高斯拟合结果加随机扰动假设得到方差；第二种，采用K均值方法找到各区域中心，通过高斯拟合得到方差；第三种，通过经验抽样选取点作为区域中心，通过高斯拟合得到方差。该先验概率为采用三种方式根据以往数据分析得到的概率。
[0045]步骤S204，计算心脏磁共振图像中每个点属于某个区域的概率。
[0046]具体的，心脏磁共振图像的灰度为一个统计分布，灰度为X的点在区域内出现的概率为:
【权利要求】
1.一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法,包括: 建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤，对获取的心脏磁共振图像建立混合高斯模型，采用预设数量高斯分布将所述心脏磁共振图像划分成相应的灰度区域图像； 初始化活动轮廓模型的步骤，采用移动正方形法对所述灰度区域图像的边缘进行处理得到初始化的活动轮廓模型； 确定左心室内外表面轮廓的步骤，根据所述活动轮廓模型的能量最小化方程分别求解得到所述左心室内外表面轮廓；以及 重建左心室三维轮廓的步骤，获取一个心跳周期内多幅空间位置相邻的心脏磁共振图像的横轴图像，获取每幅横轴图像的左心室内外表面轮廓，将多个横轴图像的左心室内外表面轮廓连接起来，形成心脏磁共振图像的左心室三维轮廓。
2.根据权利要求 1所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，所述方法在重建左心室三维轮廓的步骤之后还包括: 测量心室的泵血量和泵血率的步骤，根据所述左心室三维轮廓采用点云法测量所述左心室扩张末期的容积和左心室收缩末期的容积，再根据所述左心室扩张末期的容积和左心室收缩末期的容积计算心室的泵血量和泵血率。
3.根据权利要求2所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，所述测量心室的泵血量和泵血率的步骤包括: 左心室三维轮廓网格化及取点步骤，将所述左心室三维轮廓以闭合网格表示，在所述闭合网格内等距离取点，建立左心室三维轮廓网格； 选取最小边界长方体的步骤，选取包含心室扩张末期的三维轮廓网格及与坐标轴平行的第一最小边界长方体和包含心室收缩末期的三维轮廓网格及与坐标轴平行的第二最小边界长方体； 统计点数量的步骤，获取第一最小边界长方体内点的数量、第二边界最小长方体内点的数量、心室扩张末期内点的数量和心室收缩末期内点的数量； 计算容积的步骤，计算第一最小边界长方体的体积和第二最小边界长方体的体积，根据所述心室扩张末期内点的数量及所述第一最小边界长方体的体积和所述第一最小边界长方体内点的数量计算得到心室扩张末期的容积，根据所述心室收缩末期内点的数量及所述第二最小边界长方体的容积和所述第二最小边界长方体内点的数量计算得到所述心室收缩末期的容积；以及 计算泵血量和泵血率的步骤，据所述心室扩张末期的容积和心室收缩末期的容积计算得到所述心室的泵血量和泵血率。
4.根据权利要求3所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，在所述统计点数量的步骤之前，还包括: 判断点是否在某一目标内部的步骤，获取穿过所述点的直线，所述直线的两端在所述目标的最小边界长方体上，获取所述直线在所述点的两端与所述目标的交点的数量，若交点的数量均为奇数，则所述点在所述目标内部，若交点的数量均为偶数，则所述点在所述目标外部，其中所述目标为心室扩张末期或心室收缩末期。
5.根据权利要求1所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，所述建立心脏磁共振图像的混合高斯模型的步骤包括:将心脏磁共振图像分成预设数量个高斯分布的灰度区域图像，建立混合高斯模型，计算混合高斯模型的先验概率； 计算心脏磁共振图像中每个点属于某个区域的概率； 重新计算每个高斯分布的均值和方差，再重新计算每个点属于某个区域的概率；根据每个点属于某个区域的概率采用贝叶斯概率计算后验概率，并将所述后验概率作为下次计算先验概率的先验假设；以及 循环计算直到高斯模型的均值及方差变化量趋近于零，将各点分入后验概率最大值的区域，得到更新后的心脏磁共振图像的预设数量个灰度区域图像。
6.根据权利要求1所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，所述初始化活动轮廓模型的步骤包括: 将所述灰色区域图像以预设移动正方形大小的网格划分，在所述网格中插入短线段，将插入的短线段连接成曲线，取最长的圆形曲线初始化活动轮廓模型。
7.根据权利要求1所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建方法，其特征在于，所述确定左心室内外表面轮廓的步骤包括: 获取并根据活动轮廓模型的内力函数、图像力函数和交互作用力函数通过微积分建立活动轮廓模型的能量最小化方程，沿能量梯度方向移动，直到图像力函数与内力函数的值平衡，得到左心室内外表面轮廓。
8.一种心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系 统，其特征在于，包括: 模型建立模块，用于对获取的心脏磁共振图像建立混合高斯模型，采用预设数量高斯分布将所述心脏磁共振图像划分成相应的灰度区域图像； 初始化活动轮廓模块，用于采用移动正方形法对所述灰度区域图像的边缘进行处理得到初始化的活动轮廓模型； 左心室内外轮廓获取模块，用于根据所述活动轮廓模型的能量最小化方程分别求解得到所述左心室内外表面轮廓；以及 三维轮廓重建模块，用于获取一个心跳周期内多幅空间位置相邻的心脏磁共振图像的横轴图像，获取每幅横轴图像的左心室内外表面轮廓，将多个横轴图形的左心室内外表面轮廓连接起来，形成心脏磁共振图像的左心室三维轮廓。
9.根据权利要求8所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述系统还包括: 参数获取模块，用于根据所述左心室三维轮廓采用点云法测量所述左心室扩张末期的容积和左心室收缩末期的容积，再根据所述左心室扩张末期的容积和左心室收缩末期的容积计算心室的泵血量和泵血率。
10.根据权利要求9所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述血量参数获取模块包括: 网格化子模块，用于将所述左心室三维轮廓以闭合网格表示，在所述闭合网格内等距离取点，建立左心室三维轮廓网格； 选取子模块，用于选取包含心室扩张末期的三维轮廓网格及与坐标轴平行的第一最小边界长方体和包含心室收缩末期的三维轮廓网格及与坐标轴平行的第二最小边界长方体；统计子模块，用于获取第一最小边界长方体内点的数量、第二边界最小长方体内点的数量、心室扩张末期内点的数量和心室收缩末期内点的数量； 容积计算子模块，用于计算第一最小边界长方体的容积和第二最小边界长方体的容积，根据所述心室扩张末期内点的数量及所述第一最小边界长方体的容积和所述第一最小边界长方体内点的数量计算得到心室扩张末期的容积，根据所述心室收缩末期内点的数量及所述第二最小边界长方体的容积和所述第二最小边界长方体内点的数量计算得到所述心室收缩末期的容积；以及 参数计算子模块，用于据所述心室扩张末期的容积和心室收缩末期的容积计算得到所述心室的泵血量和泵血率。
11.根据权利要求10所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述参数获取模块还包括: 判断子模块，用于获取穿过所述点的直线，所述直线的两端在所述目标的最小边界长方体上，获取所述直线在所述点的两端与所述目标的交点的数量，若交点的数量均为奇数，则所述点在所述目标内部，若交点的数量均为偶数，则所述点在所述目标外部，其中所述目标为心室扩张末期或心室收缩末期。
12.根据权利要求8所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述模型建立模块包括: 先验概率获取子模块，用于将心脏磁共振图像分成预设数量个高斯分布的灰度区域图像，建立混合高斯模型 ，计算混合高斯模型的先验概率； 所属概率获取子模块，用于计算心脏磁共振图像中每个点属于某个区域的概率； 更新子模块，用于重新计算每个高斯分布的均值和方差，再由所述所属概率获取子模块重新计算每个点属于某个区域的概率； 后验概率获取子模块，用于根据每个点属于某个区域的概率采用贝叶斯概率计算后验概率，并将所述后验概率作为下次计算先验概率的先验假设；以及 循环计算子模块，用于循环计算直到高斯模型的均值及方差变化量趋近于零，将各点分入后验概率最大值的区域，得到更新后的心脏磁共振图像的预设数量个灰度区域图像。
13.根据权利要求8所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述初始化活动轮廓模块还用于将所述灰色区域图像以预设移动正方形大小的网格划分，在所述网格中插入短线段，将插入的短线段连接成曲线，取最长的圆形曲线初始化活动轮廓模型。
14.根据权利要求8所述的心脏磁共振图像的左心室三维轮廓重建系统，其特征在于，所述左心室内外轮廓获取模块还用于获取并根据活动轮廓模型的内力函数、图像力函数和交互作用力函数通过微积分建立活动轮廓模型的能量最小化方程，沿能量梯度方向移动，直到图像力函数与内力函数的值平衡，得到左心室内外表面轮廓。
【文档编号】G06T17/00GK103729875SQ201310665145
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】王晓旭 申请人:深圳先进技术研究院