X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法
【专利摘要】本发明提出了一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，解决了临床获取覆盖多个心动周期或一个心动周期多个成像角度的造影图像序列后，需要结合心动周期获取同步的图像对的问题。步骤一、基于图像直方图能量相似性测度的特征点跟踪模块通过EHD相似性测度跟踪序列图像中的特征点；步骤二、基于特征点位置分布的矢量场分解模块根据所述特征点在图像中的位置分布，实现所述位移矢量场的分解；步骤三、心脏运动的三维简谐运动模型建立模块根据实际心脏运动形式的分析，完成三维简谐运动模型的构建，利用凸包算法实现简谐运动中心的估计；步骤四、心动周期的重建模块基于心脏运动矢量的估计，同步图像帧和心动周期所有相位，完成心动周期的重建。
【专利说明】X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，可广泛应用于临床 研究中减影图像的配准和三维图像重建的过程中。
【背景技术】
[0002] 心动周期对于同步时序造影图像具有重要的作用。为实现该目的，心电图通常用 于临床上心电信息的记录。然而，心电门控配置并不是传统单平面或双平面造影系统的标 准配置，为实现相关目标，额外的设备必带给临床医生一定的麻烦，故重建心动周期为临床 操作带来巨大的便利。
[0003] 冠状动脉分布在心脏表面，其运动可间接反映心脏的基本运动，分析冠状动脉的 运动可作为心脏运动恢复、冠脉后续研究乃至相关疾病诊断的基础。冠状动脉血管造影是 临床冠脉疾病诊断和治疗常用的成像方式之一，其高分辨率和高对比度使其成为心血管疾 病诊断和治疗所用成像方式的"金标准"，在时序造影图像中，包含大量血管的空间、结构及 运动信息，通过分析不同时刻造影图像中的冠脉树，对图像背景或冠脉上特征点进行提取 及跟踪，获得相关运动特性，建立精确的数学模型，可获得以运动场、形状变化等方式表达 的整体或局部信息，进而对冠脉运动进行定量分析。故在过去的二十年，基于造影图像序列 的冠脉运动分析成为国内外心脏病研究的焦点。
[0004] 目前，基于二维造影图像的运动分析主要包括两个方向：一种是基于若干幅不同 时刻的造影图像进行运动补偿，插值获取连续时序的造影图像。在二维造影图像中，因血管 运动和变形幅度较大，临床应用中会丢失大量细节信息，如狭窄部分，通过基于不同时刻血 管的运动分析，在心脏舒缩方向平移像素单位，实现对序列图像的运动补偿，获取连续的时 序二维造影图像，进而完成造影图像中血管运动特征的二维描述。另一种是在时序造影图 像基础上，获取相同时刻不同角度的造影图像，为三维重建提供数据基础。在临床应用中， 单平面造影系统及双平面造影系统均可根据心电触发信号（ECG)触发获取配准的造影图 像对，实现减影图像的配准或图像的三维重建。但前者存在精确度低的缺点，后者临床费用 较高，二者在实际应用中受到严重的限制。故通过对单平面造影系统获取的二维造影图像 的运动进行分析，恢复心电信号，逆序获取不同角度相同时刻的造影图像，可综合解决上述 两种问题。
[0005] 现存心动周期重建存在的问题：
[0006] 1.研究所用心动周期通过临床获取，设备复杂；
[0007] 2.心动周期重建的数据源于超声图像序列，分辨率低；
[0008] 3.心动周期的重建因未忽略呼吸运动的干扰，精度低。
【发明内容】
[0009] 在临床获取覆盖多个心动周期或一个心动周期多个成像角度的造影图像序列后， 需要结合心动周期获取同步的图像对，但传统的造影图像系统中未合并ECG触发获取影像 的相关设备，导致图像对的获取过程的繁琐。本发明针对此问题，提出了一种X射线造影图 像序列中的心动周期恢复方法。
[0010] 一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤一、基于图像直方图能量相似性测度的特征点跟踪模块通过EHD相似性测度 跟踪序列图像中的特征点，实现覆盖多个心动周期的序列图像中特征点的位移矢量场的估 计；
[0012] 步骤二、基于特征点位置分布的矢量场分解模块根据所述特征点在图像中的位置 分布，实现所述位移矢量场的分解，实现冠状动脉和背景运动场的描述；
[0013] 步骤三、心脏运动的三维简谐运动模型建立模块根据实际心脏运动形式的分析， 完成三维简谐运动模型的构建，利用凸包算法实现简谐运动中心的估计；
[0014] 步骤四、心动周期的重建模块基于心脏运动矢量的估计，同步图像帧和心动周期 所有相位，完成心动周期的重建。
[0015] 本发明的有益效果：
[0016] 1、利用最大化EHD相似性测度获取造影序列中的特征点，全过程无需附加工作指 定图像中的相关结构，特征点的跟踪方法具有普适性；
[0017] 2、根据特征点的位置，基于呼吸运动的描述可去除其对心脏运动分析的干扰，精 度高；
[0018] 3、采用凸包算法获取运动模型的中心，运算量小。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的模块图；
[0020] 图2是本发明的方法流程图；
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图详细说明本发明，具体包括以下几个步骤：
[0022] 步骤1，对造影图像序列进行运动分析。首先，利用EHD相似性测度、Powell参数 优化算法和双三次图像插值，实现特征点的跟踪，完成特征点位移矢量场的估计。
[0023] 特征点的跟踪可转化为寻找最优变换Tp。如果用Fi;k(x，y)和L i;k+1 (X，y)表示第k 帧和第k+Ι帧图像中第i个特征点所对应子块图像中像素点的灰度值，则最优变换可认为 使目标函数f (Tp(Fuhhw)达到其最大值或最小值，其中p表示一系列变换参数。
[0024] 则跟踪算法可用下列式子表示：
[0025] I = functionmax/min(Tp(Fi；k), Li,k+i)
[0026] 作为初期研究，搜寻空间被局限于二维旋转和平移。因此，最优变换Tp可表示如 下：
【权利要求】
1. 一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、基于图像直方图能量相似性测度的特征点跟踪模块通过EHD相似性测度跟踪 序列图像中的特征点，实现覆盖多个心动周期的序列图像中特征点的位移矢量场的估计； 步骤二、基于特征点位置分布的矢量场分解模块根据所述特征点在图像中的位置分 布，实现所述位移矢量场的分解，实现冠状动脉和背景运动场的描述； 步骤三、心脏运动的三维简谐运动模型建立模块根据实际心脏运动形式的分析，完成 三维简谐运动模型的构建，利用凸包算法实现简谐运动中心的估计； 步骤四、心动周期的重建模块基于心脏运动矢量的估计，同步图像帧和心动周期所有 相位，完成心动周期的重建。
2. 如权利要求1所述的一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，其特征在于， 在获取特征点的过程中，通过非线性参数优化算法，利用极大化EHD相似性测度，实现普适 性特征点的跟踪。
3. 如权利要求1或2所述的一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，其特征 在于，将矢量场分解为冠脉和背景相应特征点的矢量场，实现呼吸运动和心跳运动的定量 描述。
4. 如权利要求1或2所述的一种X射线造影图像序列中的心动周期恢复方法，其特征 在于，简化心脏的运动形式为收缩和舒张，以简谐运动描述心脏表面特征点的运动。
【文档编号】G06T5/40GK104361606SQ201410513929
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】杨健, 范敬凡, 王涌天, 艾丹妮, 宋爽, 刘越 申请人:北京理工大学