一种利用ct图像生成冠脉全景图的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用CT图像生成冠脉全景图的方法及系统，该方法步骤：获取标准心脏模型，标准心脏模型区分为多个解剖区域；获取全景模型；建立标准心脏模型表面各点与全景模型的表面各点的映射关系，将标准心脏模型表面各点映射到全景模型的表面的对应位置，建立标准全景模型；将待分析心脏CT图像与标准心脏模型进行配准，使得配准后的待分析心脏CT图像具有与标准心脏模型相同的空间位置关系；根据配准后的待分析心脏CT图像与标准心脏模型的空间位置映射关系，及，该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将配准后的待分析心脏CT图像映射到该标准全景模型上，从而获得冠脉全景图和/或待分析心脏的解剖区域区分图。
【专利说明】-种利用CT图像生成冠脉全景图的方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学图像的处理，特别是涉及一种利用CT图像生成冠脉全景图的方 法及系统。
【背景技术】
[0002] 当前，为了获取医学图像，大量利用了 X射线断层扫描技术（computed tomography，CT)系统，利用该系统可获得多切片的CT图像数据。
[0003] 在现有技术中，医生通常利用由病人心脏的多切片CT图像数据形成的如图7所示 的病人的3D冠脉图进行冠脉病的诊断，以获取病人的冠脉情况。
[0004] 然而，3D冠脉图的缺点在于，无法将整个冠脉树显示在以心脏为背景的基面上，无 法非常直观地了解冠状动脉的走行、分布和形态。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题在于，利用待分析心脏的CT图像生成冠脉全景图。
[0006] 更进一步的，建立待分析心脏的CT图像与标准全景模型之间的映射。进而在该标 准全景模型上显示整个冠脉树，方便医生更清晰直观的查看冠脉树。
[0007] 本发明公开了一种利用CT图像生成冠脉全景图的方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤A、获取标准心脏模型，该标准心脏模型区分为多个解剖区域；
[0009] 步骤B、获取全景模型；
[0010] 步骤C、建立该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将标 准心脏模型表面各点映射到该全景模型的表面的对应位置，从而建立标准全景模型；
[0011] 步骤D、将待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行配准，使得配准后的待分析 心脏CT图像具有与该标准心脏模型相同的空间位置关系；
[0012] 步骤E、根据配准后的待分析心脏CT图像与该标准心脏模型的空间位置映射关 系，以及，该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将配准后的待分 析心脏CT图像映射到该标准全景模型上，从而获得冠脉全景图和/或待分析心脏的解剖区 域区分图。
[0013] 该解剖区域包括左心房、右心房、左心室、右心室、心肌、升主动脉和肺动脉。
[0014] 该步骤C中建立该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系 的步骤进一步包括：
[0015] 步骤C1，将该标准心脏模型的表面进行网格划分；
[0016] 步骤C2,根据划分得到的网格分布位置以及全景模型的表面的像素点的分布位 置，建立该标准心脏模型的每个网格与该全景模型的表面的像素点的映射关系；
[0017] 步骤C3,根据该映射关系，将标准心脏模型的每个网格的图像，对应映射到该全景 模型的表面，从而建立标准全景模型。
[0018] 步骤Cl进一步包括：
[0019] 步骤C11，对该标准心脏模型的表面进行初始化网格划分；
[0020] 步骤C12,利用自适应网格生成法，对初始化网格进行细分。
[0021] 步骤C12进一步包括：
[0022] 步骤C121，计算每个初始化网格的一特征曲率值；
[0023] 步骤C122,依次判断每个该初始化网格的特征曲率值是否符合一阈值区间，对于 不符合该阈值区间的初始化网格执行步骤C123,直到所有网格的特征曲率值均符合该阈值 区间；
[0024] 步骤C123,在该网格中设置一新节点，利用该新节点，分割该网格。
[0025] 该步骤C进一步包括：将该标准全景模型进行二维平面映射，获得该标准全景模 型的二维图。
[0026] 步骤D进一步包括：
[0027] 将该待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行仿射配准；
[0028] 基于仿射配准的结果，将待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行弹性配准。
[0029] 该仿射配准进一步包括：
[0030] 步骤D1，对待分析心脏CT图像与标准心脏模型的图像进行等分辨率采样；
[0031] 步骤D2,根据仿射变换公式将待分析心脏CT图像的采样图像中的每个像素点映 射到由标准心脏模型的采样图像所建立的物理坐标系中；
[0032] 步骤D3,根据映射结果获取MSD测度，对MSD测度进行寻优，来确定最优的仿射变 换公式；
[0033] 步骤D4,根据该最优的仿射变换公式，对待分析心脏CT图像的采样图像进行仿射 变换。
[0034] 该弹性配准进一步包括：
[0035] 步骤D5,设置B样条的采样率，将步骤D4中经仿射变换后的待分析心脏CT图像的 采样图像作为B样条弹性配准的初始图像，获得控制点的位置；
[0036] 步骤D6,根据每个控制点所控制的局部图像，建立局部图像互信息测度；
[0037] 步骤D7,根据局部图像互信息测度，采用LBFGS算法对每个控制点的位置进行优 化；；
[0038] 步骤D8,根据优化的控制点的位置，对步骤D4中经仿射变换后的待分析心脏CT图 像的采样图像进行线性插值，得到弹性配准的结果图像。
[0039] 该仿射变换公式为：
【权利要求】
1. 一种利用CT图像生成冠脉全景图的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤A、获取标准心脏模型，该标准心脏模型区分为多个解剖区域； 步骤B、获取全景模型； 步骤C、建立该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将标准心 脏模型表面各点映射到该全景模型的表面的对应位置，从而建立标准全景模型； 步骤D、将待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行配准，使得配准后的待分析心脏 CT图像具有与该标准心脏模型相同的空间位置关系； 步骤E、根据配准后的待分析心脏CT图像与该标准心脏模型的空间位置映射关系，以 及，该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将配准后的待分析心 脏CT图像映射到该标准全景模型上，从而获得冠脉全景图和/或待分析心脏的解剖区域区 分图。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该解剖区域包括左心房、右心房、左心室、右 心室、心肌、升主动脉和肺动脉。
3. 如权利要求所述1的方法，其特征在于，该步骤C中建立该标准心脏模型表面各点与 该全景模型的表面各点的映射关系的步骤进一步包括： 步骤C1，将该标准心脏模型的表面进行网格划分； 步骤C2,根据划分得到的网格分布位置以及全景模型的表面的像素点的分布位置，建 立该标准心脏模型的每个网格与该全景模型的表面的像素点的映射关系； 步骤C3,根据该映射关系，将标准心脏模型的每个网格的图像，对应映射到该全景模型 的表面，从而建立标准全景模型。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C1进一步包括： 步骤C11，对该标准心脏模型的表面进行初始化网格划分； 步骤C12,利用自适应网格生成法，对初始化网格进行细分。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C12进一步包括： 步骤C121，计算每个初始化网格的一特征曲率值； 步骤C122,依次判断每个该初始化网格的特征曲率值是否符合一阈值区间，对于不符 合该阈值区间的初始化网格执行步骤C123,直到所有网格的特征曲率值均符合该阈值区 间； 步骤C123,在该网格中设置一新节点，利用该新节点，分割该网格。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该步骤C进一步包括：将该标准全景模型进 行二维平面映射，获得该标准全景模型的二维图。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D进一步包括： 将该待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行仿射配准； 基于仿射配准的结果，将待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行弹性配准。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，该仿射配准进一步包括： 步骤D1，对待分析心脏CT图像与标准心脏模型的图像进行等分辨率采样； 步骤D2,根据仿射变换公式将待分析心脏CT图像的采样图像中的每个像素点映射到 由标准心脏模型的采样图像所建立的物理坐标系中； 步骤D3,根据映射结果获取MSD测度，对MSD测度进行寻优，来确定最优的仿射变换公 式； 步骤D4,根据该最优的仿射变换公式，对待分析心脏CT图像的采样图像进行仿射变 换。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，该弹性配准进一步包括： 步骤D5,设置B样条的采样率，将步骤D4中经仿射变换后的待分析心脏CT图像的采样 图像作为B样条弹性配准的初始图像，获得控制点的位置； 步骤D6,根据每个控制点所控制的局部图像，建立局部图像互信息测度； 步骤D7,根据局部图像互信息测度，采用LBFGS算法对每个控制点的位置进行优化； 步骤D8,根据优化的控制点的位置，对步骤D4中经仿射变换后的待分析心脏CT图像的 采样图像进行线性插值，得到弹性配准的结果图像。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，该仿射变换公式为： (V - cen/crM) = SR(x - centerF) -f T - s2 R(x - centerl· ) -l· /., vs/ 'COS0 sin θζ 〇Ycos0y 0 - sin θγ 1 Ο Ο、 其中，i? = -sing cos0 0 1 0 0 cosθχ sinθχ K 0 0 1 人 sin 0，0 cos 义0 ~ sin θχ cos^xJ θX，θ y，θZ分别表示围绕X，Y，Z坐标轴的连续旋转角度，T为沿着三个轴的平移量， t2, t3分别表示沿着三个坐标轴的平移距离，Sl，s2, s3分别表示沿着三个坐标轴的缩放因 子，X表示待分析心脏CT图像的采样图像中每个坐标点，y表示该坐标点经过仿射变换后映 射到标准心脏模型的采样图像所建立的物理坐标系中的位置，CenterF为待分析心脏CT图 像的采样图像的物理中心坐标，CenterM为标准心脏模型的采样图像的物理中心坐标； MSD (IF，IM)代表该MSD测度，。表示待分析心脏CT图像的采样图像，IM表示标准心 脏模型的采样图像，T是该仿射变换公式，Ω表示IF中像素点的总个数。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，该互信息测度为： M![I:.，！；)二即丨) + Η( ?、〇 。表示待分析心脏ct图像的采样图像中每个控制点控制范围内的图像，h(if)表示 iF范围内图像信息熵，ιΜ表示标准心脏模型的采样图像中每个控制点控制范围内的图像， H(IM)表示IM范围内图像信息熵，H(IF，IM)表示两幅图像的联合熵。
12. -种利用CT图像生成冠脉全景图的系统，其特征在于，包括： 标准心脏模型获取单元，用于获取标准心脏模型，该标准心脏模型区分为多个解剖区 域； 全景模型获取单元，用于获取全景模型； 标准全景模型建立单元，用于建立该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点 的映射关系，将标准心脏模型表面各点映射到该全景模型的表面的对应位置，从而建立标 准全景模型； 配准单元，用于将待分析心脏CT图像与该标准心脏模型进行配准，使得配准后的待分 析心脏CT图像具有与该标准心脏模型相同的空间位置关系； 冠脉全景图获取单元，用于根据配准后的待分析心脏CT图像与该标准心脏模型的空 间位置映射关系，以及，该标准心脏模型表面各点与该全景模型的表面各点的映射关系，将 配准后的待分析心脏CT图像映射到该标准全景模型上，从而获得冠脉全景图和/或待分析 心脏的解剖区域区分图。
【文档编号】A61B6/03GK104240287SQ201310228555
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】王民汉, 周宇 申请人:北京思创贯宇科技开发有限公司