多角度造影下血管对应位置关系检索方法及系统与流程

本发明涉及一种用于血管造影的影像数据处理系统以及应用在多角度造影下血管对应位置关系的便捷检索系统，包括多投照角度造影影像的极线约束关系和对应位置特征点检测，尤其涉及确定不同角度造影中形态学差异较大血管、或形态学比较相似的多条血管的对应关系。

背景技术：

为了使血管造影影像更真实地反映血管分布结构，目前临床造影系统常对血管进行多角度x射线造影，并通过临床医生对多角度造影影像对应关系的检查，确定血管的真实结构。但当血管的形态学差异较大时，或者存在多条血管形态学比较相似时，有时难以确认同一条血管在两个投照角度造影影像中的位置关系。

除此之外，目前现有技术中，还可通过导丝经皮介入血管，根据导丝在多角度造影影像中的位置确定对应血管。该方法尽管能实现确认多角度造影影像中的对应血管，但需要导丝经皮介入，存在创伤、操作复杂风险大，且用时较长不能够快速得到结果；由于导丝的使用，也导致成本上升。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种多角度造影下血管对应位置关系检索方法及系统，通过两个造影面的极线约束关系确定两个造影角度影像中血管位置的对应关系。为达到上述目的，本发明具体提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种多角度造影下血管位置关系检索系统，该系统包括造影机、造影影像接收模块、中心点校准模块、特征点检测模块、特征点对应血管模块，其中：

所述造影机用于多投照角度的血管造影，以及对该造影影像进行采集；

所述造影影像接收模块用于接收所述造影机传出的影像，并将该影像传输给中心点校准模块；

所述中心点校准模块，用于校准多角度造影系统机械臂松动或旋转引起的中心点偏移；

所述特征点检测模块，用于接受显示模块输入的基准影像目标血管的若干特征点，并通过空间极线约束关系检测第二影像对应特征点；

所述特征点对应血管模块用于确定特征点所在血管，所述特征点是指能表示血管形态特征的解剖标志点。

优选地，所述中心点校准模块进一步包括：

校准点输入模块，其用于接受用户输入的两个投照角度造影影像若干对对应位置特征点；极线约束模块，其用于通过极线约束关系，计算基准影像的投影点在第二影像中的极线；误差最小化模块，其用于将第一投照系统作为固定系统，将若干校准点在第二影像的投影点与相应极线间距离的综合定义为误差函数，通过误差函数调整极线约束关系，校准第二投照系统中心点位置；中心点变换模块，使用误差结果对第二造影角度中心点空间位置进行变换，以减小两个角度造影中心点偏移误差。其中，所述中心点为造影机中c型臂的旋转中心，或其他造影设备进行造影时的取景空间中心。

优选地，所述特征点检测模块进一步包括：

基准影像特征点输入模块，其用于人工选取基准影像目标血管若干特征点；极线约束模块，使用空间极线约束关系计算基准影像特征点在第二影像的极线位置；第二影像特征点对应位置获取模块，利用第二影像中若干条极线和血管的相交位置确定基准影像特征点在第二影像中的对应位置。

优选地，利用极线约束关系对两个角度造影的中心点进行校准，避免搜索误差。

优选地，通过中心点偏移校准后的空间约束关系，搜索基准角度造影影像目标血管特征点在第二角度影像的对应位置。

优选地，在目标血管段设置若干特征点，由特征点在两个角度造影影像的位置关系确定特征点所在血管的对应位置关系。

优选地，所述系统还包括显示模块，所述显示模块用于人机交互输入特征点，并显示对应位置特征点检测结果。

另一方面，本发明还提供了一种多角度造影下血管对应位置关系检索方法，该方法可以基于如上所述的系统实现，该方法包括：

步骤一、接收至少两个投照角度造影影像，并储存；

步骤二、选择所述至少两个投照角度造影影像中的对应解剖点作为校准点，并对所述至少两个投照角度造影影像进行中心点校准；

步骤三、对中心点校准后的所述至少两个投照角度造影影像，选择目标血管在基准影像上的特征点，并计算该特征点在另一影像上的极线，通过极线与血管的交点判断所述另一影像中目标血管位置。

优选地，所述步骤三中，通过空间极线约束关系计算基准影像上的特征点在第二影像上的极线。

优选地，所述特征点位于主支血管与分支血管的交点。

优选地，所述方法及系统尤其适用于血管在不同造影角度形态学差异较大，或存在多条血管形态学比较相似时，确定同一条血管在不同造影角度影像的对应位置关系。

与现有技术相比，本发明技术方案简化了现有技术中直接对血管进行对应关系检测的复杂性；并基于空间约束关系对至少两个角度造影影像进行对应特征点检测，在实现无创检测的同时保证了检测结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为多角度造影下血管对应位置关系检索系统示意图；

图2为中心点校准模块示意图；

图3为特征点检测模块示意图；

图4为双投照系统空间坐标系和极线约束关系示意图；

图5为双投影系统中心点偏移示意图；

图6a为用户选择的中心点校准前的多条形态学相似血管多角度造影下血管对应位置关系示意图；

图6b为中心点校准后的多条形态学相似血管多角度造影下血管对应位置关系示意图；

图7a为中心点偏移校准前形态学差异较大血管多角度造影下血管对应位置关系示意图；

图7b为中心点偏移校准后形态学差异较大血管多角度造影下血管对应位置关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本发明为进一步解释具体的发明内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本发明明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本发明的保护范围的理解。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种多角度造影下血管对应位置关系的检索系统，该系统包括造影机、造影影像获取模块、中心点校准模块、特征点检测模块、特征点对应血管模块和显示模块，该造影机可以是例如x射线造影机、ct等可能的造影设备，其中：

所述造影机用于对血管进行多角度造影；所述造影影像接收模块用于接收多投照角度的造影影像并将影像传入中心点校准模块，需要强调的是，该处的多角度造影，可以是两个角度、三个角度，以至于更多个角度，当选取的角度越多，则检索的精确性越高，当选用的角度较多时，其中心点校准以及特征点的对应算法是相同的，例如仍然可以选用一张造影作为基准影像，从而计算其余的一幅或多幅图像的对应极线，在后续的具体实施例中，仅以两个角度造影予以举例说明，但不应将之视为本发明保护范围的限定而解读；所述中心点校准模块包括校准点输入模块、极线约束模块、误差最小化模块和中心点变换模块，用于减小多角度造影存在的中心点偏移，并将校准后的影像传输给对应特征点检测模块；所述对应特征点检测模块用于检测基准影像输入特征点在第二影像的对应特征点；所述特征点对应血管模块接收特征点检测模块输出的第二度影像特征点，并确认第二影像对应特征点所在血管；所述显示模块用于人机交互，进行人工选取校准点的输入和搜索结果输出。

所述中心点校准模块用于减小多角度造影存在的中心点偏移：如图2所示，其中校准点输入模块用于接收用户在两个造影角度影像上选择的若干对应位置投影点；极线约束模块用于计算两个投影点对应的极线；误差最小化模块将两投影面中投影点与极线的距离和定义为误差函数，并求得误差函数值；中心点变换模块基于误差最小化模块计算结果对第二造影角度中心点物理位置进行变换，以校准两个角度造影中心点偏移误差。

所述特征点检测模块用于检测基准影像特征点在第二影像中的对应位置；如图3所示，其中基准影像特征点输入模块，其用于人工选取基准影像目标血管若干特征点；极线约束模块，使用空间极线约束关系计算基准影像特征点在第二影像的极线位置；第二影像特征点对应位置获取模块，利用第二影像中若干条极线和血管的相交位置确定基准影像特征点在第二影像中的对应位置。

实施例2

在一个具体的实施例中，参照图4，进一步阐述本发明中极线约束关系，需要指明的是，极线的约束关系可以采用多种，例如现有技术中的空间偏移算法等，而以下实施例，仅作为一个优选的实施例，来进一步阐述本发明的原理，但不应作为本发明保护范围的限定解读。

空间点在两个投影面的极线约束关系如图4所示。空间中一点d在第一投影面的投影点为d1，d与d1的连线在第二投影面的投影线l1定义为d1在第二投影面的极线，d与d2的连线在第一投影面的投影线l2定义为d2在第一投影面的极线。当两个角度投影的中心点重合时，d1一定位于投影线l2上，d2一定位于投影线l1上，该空间对应关系称作极线约束。

如图4所示双投照系统空间坐标系，坐标系原点为该投照系统中心点，第一投照系统射线源为f1，f1d1为射线源到d1的单位向量，第二投照系统射线源为f2，f2d2为射线源到d2的单位向量，c1、c2为投照系统中心点在两个投影面的投影点。假设d的空间坐标为x(x,y,z)，则对x有

[ru,rv,rw]^t＝p[x,y,z,1]^t

该点在第一投影面的像素位置为(x1,y1)＝(ru/rw,rv/rw)，投影矩阵p由立体理论计算获得，表达式为

其中，

u,v：影像像素维数

is：影像u方向或v方向的实际长度

sid：x射线源与影像增强器距离

sod：x射线源与被投照物体距离

θ：第一角度(左前斜/右前斜，左前斜为正，第一投照系统)

ψ：次要角度(头位/足位，头位为正，第一投照系统)

根据该点在第一投影面的像素位置(x1,y1)计算出该点在投影面的真实坐标位置：xk＝k1·x，yl＝l1·y，k1、l1为投影面的两个坐标向量，则第一投影面投影点在第二投影面对应的极线为yl(xk)满足：

υf1f2+μf1d1+f1＝xkk2+yll2+c2，

其中f1f2为第一投照系统射线源到第二投照系统射线源的单位向量。

同理，可计算出第二投照系统投影点d2和对应极线。

实施例3

本实施例用于描述中心点偏移校准具体方法，该方法仅作为一具体的可用实施例进行举例，而不应当以其具体的计算方式作为本发明的限定范围理解。在一个具体的实施方式中，例如以两个角度影像为例，当两个角度投影的中心点存在偏移时，系统不满足极线约束关系，投影点相对投影线存在相应偏移量。如图5所示，该双投照系统的第一投照系统和第二投照系统存在中心点偏移(o1-o2)，图中校准点a和点b在第二影像的投影点a2、b2与第一影像投影点a1、b1对应的极线la、lb存在偏移量。当系统检测该偏移量不为零时，即所述误差函数不为零时，将第一投照系统作为固定系统，对第二投照系统做中心点偏移校准。

如图5所示，第一投照系统射线源为f1，f1o1为射线源到中心点投影点o1的单位向量，第二投照系统射线源为f2，f2o2为射线源到中心点投影点o2的单位向量，则这两条投影线向量分别为

f1+τf1o1

和

f2+σf2o2，

由空间理论验证，此时当校准后的第二投照系统中心点o位于两条投影线公垂线时，误差最小化模块所定义误差函数值最小，所以该点所在直线向量s满足

s＝(f1+τf1o1)-(f2+σf2o2)，

约束条件：

sf1o1＝0,

sf2o2＝0,

解上述方程，得到：

和

则所求点o位置为

o＝f1+τf1o1+1/2s，

即第二投照系统校准后的中心点位置。

实施例4

在又一个具体的实施例中，本发明公开了一种用于确定多角度造影下血管位置对应关系的检索方法，该方法包括以下步骤：

工作时，首先从造影机接收两个投照角度幅造影影像并存入计算机；其次，如图6a用户通过显示模块选择两幅影像中的对应解剖点作为校准点，使用中心点校准模块对多角度造影进行中心点校准；其次，如图6b，对中心点校准后的两幅影像，用户选择目标血管在基准投照角度造影影像上a,b两点(血管主支与分支交点)作为特征点，计算机通过空间极线约束关系计算该点在第二影像上的极线(该约束关系及计算方法，可以采用例如实施例2中所述的方法)。图6a中血管l和m具有十分相似的形态学特征，肉眼难以判断l、m血管与图6b中血管的对应关系。而使用本方法时，a，b两点在第二影像上的两条极线分别与m’血管相交于该血管的分叉点，因此，m与m’对应为空间中同一条血管。而极线与x血管交点处无分叉血管，所以该交点不是基准影像中特征点在第二影像的对应位置，即m与x对应为空间中不同血管。注：图6中投影点与对应极线颜色相同。

同样的，图7a为另外两幅影像中心点偏移校准示意图。图7中血管l和l’为空间一条血管在不同角度的造影，但形态学差异较大，肉眼难以直接判断是否对应为同一条血管。使用本方法时，a,b两点在第二影像上的两条极线分别与l’相交于该血管的分叉点，而与x血管交点处无分叉血管，因此可以确认l和l’对应为空间同一条血管。

优选的，本系统和方法尤其适用于图6和图7所示情况：通过指定具有明显特征的血管解剖点，确定多条形态学十分相似的血管，或在不同角度造影形态学差异较大的血管位置对应关系，相对肉眼观测可以取得更高的准确率。

本发明的创新点之一就在于在造影影像的目标血管上设置若干特征点，由两个造影角度影像特征点的对应关系确定特征点所在血管的对应关系，简化了直接对血管进行对应关系检测的复杂性；基于空间约束关系对两个角度造影影像进行对应特征点检测，在实现无创检测的同时保证了检测结果的准确性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。