专利名称：一种基于配准的ct图像全心脏自动分割系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医学图像分割系统，具体涉及一种基于配准的CT图像全心脏自动分割系统。
背景技术：
医学图像分割就是对感兴趣区域进行提取的一个过程，是进行医学图像三维可视化前的关键步骤。心脏分割能把心脏各部位分割出来，从而为临床诊断提供大量的解剖信息，并能为心脏手术的术前计划以及心脏介入手术提供依据。对分割后的各腔室进行体积计算还能为心功能评价提供量化的信息。目前，医学图像的分割可分为手动分割、半自动分割和自动分割。手动分割就是医生利用临床知识在医学图像上勾画出感兴趣区域的轮廓，精度最高。但效率较低，分割结果不可重复，而且分割结果受到分割者的经验制约。半自动分割是利用计算机通过人机交互进行分割，分割结果在一定程度仍受到分割者经验知识的制约。自动分割是由计算机完成医学图像分割的全过程，其分割结果能够重现。传统的自动分割完全脱离医生的临床经验， 因此应用于临床时有一定的局限性。而本发明把医学专家的临床经验知识与自动分割过程相结合，能克服传统自动分割的局限性，因此对临床诊断有重要的意义。
发明内容
本发明利用不同个体间心脏CT的相似性，把配准应用于分割中，把医学专家的临床经验知识与自动分割相结合，实现了全心脏及心脏各腔室的自动分割。本发明的全心脏自动分割系统通过以下技术方案实现本发明提出一种基于配准的CT图像全心脏自动分割系统，包括输入模块100，用于输入心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像，并将心脏 CT模板图像传送至分割模块200，将输入心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像传送至粗配准模块300 ；分割模块200，用于在CT序列图像模板上分割出心脏的各个部位，为各部位标记上标记符，制作出Label图像，并传送至变换模块500 ；该Label图像能应用于所有分割实例中，无需重复制作；粗配准模块300，用于基于仿射变换的粗配准，对模板作出平移、缩放、旋转变换， 并将粗配准结果传送给精配准模块400，将粗配准变换参数传送至变换模块500 ；精配准模块400，用于基于B样条变换的精配准，并将精配准变换参数传送至变换模块500 ；变换模块500，根据粗配准和精配准变换参数对Label图像作出变换，并将变换结果传送至输出模块600，变换结果即自动分割结果；输出模块600，用于输出自动分割结果，分割结果中不同的标记符即对应于心脏中不同的部位。
所述粗配准模块300依照步骤(3. 1) (3. 8)进行处理(3. 1)将输入心脏CT序列图像模板作为浮动图像，将待分割的心脏CT图像作为参考图像，把浮动图像和参考图像分解为若干个不同的分辨率层；(3. 2)在当前分辨率层上对浮动图像进行仿射变换，并记录变换参数；(3. 3)对变换后的浮动图像进行插值；(3. 4)对参考图像与插值后的浮动图像进行相似性度量；(3. 5)利用优化算法搜寻下一次变换参数；(3. 6)重复步骤(3. 2) (3. 5)，直至优化算法的迭代次数到达最大值；(3. 7)用当前辨率层的参数结果对下一分辨率层的变换参数进行初始化；(3. 8)在所有分辨率层上重复步骤(3. 2) (3. 7)，得到基于仿射变换的粗配准结果和粗配准变换参数。所述精配准模块400依照步骤(4. 1) (4. 8)进行处理(4. 1)将基于仿射变换的粗配准的结果分解为若干个不同的分辨率层，并将其作为新的浮动图像；(4. 2)在当前分辨率层上对新的浮动图像进行B样条变换，并记录变换参数；(4. 3)对变换后的浮动图像进行插值；(4. 4)对参考图像与插值后的浮动图像进行相似性度量；(4. 5)通过优化算法搜寻下一次变换的参数；(4. 6)重复步骤(4. 2) (4. 5)，直至优化算法的迭代次数到达最大值；(4. 7)用当前辨率层的参数结果对下一分辨率层的变换参数进行初始化；(4. 8)在所有分辨率层上重复步骤(4. 2) (4. 7)，得到精配准变换参数。所述粗配准模块300和精配准模块400的多分辨率分解采用金字塔算法；所述插值方法采用B样条插值法；所述相似性度量采用互信息度量法；所述优化算法采用自适应随机梯度下降法。本发明与现有技术相比具有如下优势(1)把医学专家的临床经验知识与自动分割过程相结合，在医学专家的临床经验知识的指导下实现全自动分割。(2)通过一次自动分割即可同时分割并标记心脏各腔室。
图1为基于配准的CT图像全心脏自动分割系统的结构图。
图2为基于配准的CT图像全心脏自动分割系统配准方法的流程图。
图3为几种Sigmoid函数的函数曲线。
图4为Label自动分割结果效果图，图中不同值对应于心脏不同部分。
图5为全心脏的分割结果效果图。
图6为主动脉的分割结果效果图。
图7为左心房的分割结果效果图。
图8为左心室腔的分割结果效果图。
图9为左心室心肌的分割结果效果图。0044]图10为右心房的分割结果效果图。图11为右心室的分割结果效果图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例进行详细的描述，但 本发明的实施和保护范围不限于此。实施例本实施例的序列模板图像和待分割的心脏图像分辨率为512*512。如图1所示，本发明提出一种基于配准的CT图像全心脏自动分割系统，其工作流 程如下第一歩，输入模块100输入心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像。第二步，输入模块100将心脏CT模板图像传送至分割模块200，在CT序列图像模 板上分割出心脏的各个部位，为各部位标记上标记符，制作出Label图像，并传送至变换模 块500 ；该Label图像能应用于所有分割实例中，无需重复制作。第三步，输入模块100将心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像传送至粗 配准模块300，进行粗配准处理，具体步骤如下(3. 1)将输入心脏CT序列图像模板作为浮动图像，将待分割的心脏CT图像作为參 考图像，把浮动图像和參考图像分解为6不同的分辨率层。(3. 2)在当前分辨率层上对浮动图像进行仿射变换，并记录变换參数；所述仿射变换可以分解为平移变换、旋转变换以及缩放变换。其数学表达式为T (x) = RSx+t(1)其中x G Q为变换前的点，Q为图像域，X= [xyz]T，R为旋转变换矩阵，S为缩 放变换矩阵，t为平移变换矩阵。平移变换矩阵t的表达式为
权利要求
1.一种基于配准的CT图像全心脏自动分割系统，其特征在于包括输入模块(100)，用于输入心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像，并将心脏CT 模板图像传送至分割模块000)，将输入心脏CT序列图像模板和待分割的心脏CT图像传送至粗配准模块(300)；分割模块O00)，用于在CT序列图像模板上分割出心脏的各个部位，为各部位标记上标记符，制作出Label图像，并传送至变换模块(500)；该Label图像能应用于所有分割实例中，无需重复制作；粗配准模块(300)，用于基于仿射变换的粗配准，对模板作出平移、缩放、旋转变换，并将粗配准结果传送给精配准模块G00)，将粗配准变换参数传送至变换模块(500)；精配准模块(400)，用于基于B样条变换的精配准，并将精配准变换参数传送至变换模块(500)；变换模块(500)，根据粗配准和精配准变换参数对Label图像作出变换，并将变换结果传送至输出模块(600)，变换结果即自动分割结果；输出模块(600)用于输出自动分割结果，分割结果中不同的标记符即对应于心脏中不同的部位。
2.根据权利要求1所述的自动分割系统，其特征在于所述粗配准模块(300)依照步骤 (3. 1) (3. 8)进行处理(3. 1)将输入心脏CT序列图像模板作为浮动图像，将待分割的心脏CT图像作为参考图像，把浮动图像和参考图像分解为若干个不同的分辨率层；(3.2)在当前分辨率层上对浮动图像进行仿射变换，并记录变换参数；(3.3)对变换后的浮动图像进行插值；(3. 4)对参考图像与插值后的浮动图像进行相似性度量； (3. 5)利用优化算法搜寻下一次变换参数；(3. 6)重复步骤(3. 2) (3. 5)，直至优化算法的迭代次数到达最大值； (3. 7)用当前辨率层的参数结果对下一分辨率层的变换参数进行初始化； (3. 8)在所有分辨率层上重复步骤(3. 2) (3. 7)，得到基于仿射变换的粗配准结果和粗配准变换参数。
3.根据权利要求1所述的自动分割系统，其特征在于所述精配准模块(400)依照步骤 (4. 1) (4. 8)进行处理(4. 1)将基于仿射变换的粗配准的结果分解为若干个不同的分辨率层，并将其作为新的浮动图像；(4.2)在当前分辨率层上对新的浮动图像进行B样条变换，并记录变换参数；(4.3)对变换后的浮动图像进行插值；(4. 4)对参考图像与插值后的浮动图像进行相似性度量； (4. 5)通过优化算法搜寻下一次变换的参数；(4. 6)重复步骤(4. 2) (4. 5)，直至优化算法的迭代次数到达最大值； (4. 7)用当前辨率层的参数结果对下一分辨率层的变换参数进行初始化； (4. 8)在所有分辨率层上重复步骤(4. 2) (4. 7)，得到精配准变换参数。
4.根据权利要求广3之一所述的自动分割系统，其特征在于所述粗配准模块(300)和精配准模块G00)的多分辨率分解采用金字塔算法；所述插值方法采用B样条插值法；所述相似性度量采用互信息度量法；所述优化算法采用自适应随机梯度下降法。
5.根据权利要求4所述的自动分割系统，其特征在于将浮动图像和参考图像分解分解为6个不同的分辨率层。
全文摘要
本发明公开了一种基于配准的CT图像全心脏自动分割系统，该系统利用不同个体间心脏CT的相似性，把配准应用于分割，实现全心脏的自动分割。该系统包括如下模块输入模块、分割模块、粗配准模块、精配准模块、变换模块和输出模块。该系统能实现全心脏的自动分割并能同时分割出多个心脏腔室。
文档编号G06T7/00GK102411780SQ20111026406
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日
发明者吴效明, 杨荣骞, 蔡肯, 黄岳山, 黎丽华 申请人:华南理工大学