本發(fā)明涉及心血管圖像分析，具體涉及一種心血管介入手術(shù)中的實時圖像導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、心血管介入手術(shù)是一種介入治療方法，主要是通過穿刺動脈、靜脈，將導(dǎo)管送至心臟需要治療的部位進行相應(yīng)的治療。在該手術(shù)過程中，需要對手術(shù)器械在患者體內(nèi)的位置和運動軌跡進行精確的導(dǎo)航與定位，因此需要獲取患者心血管系統(tǒng)的實時的心血管圖像用于醫(yī)生的觀察和規(guī)劃。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，心血管圖像有一定的分辨率限制，需要通過調(diào)整對比度的操作來增強圖像的精度，更清楚地顯示血管與周圍組織的區(qū)別，通常利用直方圖均衡化、伽瑪校正等算法對像素點進行整體或局部增強以增加圖像對比度?，F(xiàn)實情況中，由于冠狀動脈血管壁較薄，容易受到動脈粥樣硬化的影響導(dǎo)致血管狹窄或阻塞，導(dǎo)致心血管圖像中對應(yīng)位置在經(jīng)過圖像增強后會更加難以辨識，甚至導(dǎo)致細節(jié)丟失或出現(xiàn)偽影，使得圖像質(zhì)量受到較大影響，進而無法對心血管圖像進行準確導(dǎo)航。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決由于冠狀動脈血管壁較薄，容易受到動脈粥樣硬化的影響導(dǎo)致血管狹窄或阻塞，導(dǎo)致心血管圖像中對應(yīng)位置在經(jīng)過圖像增強后會更加難以辨識，甚至導(dǎo)致細節(jié)丟失或出現(xiàn)偽影，使得圖像質(zhì)量受到較大影響，進而無法對心血管圖像進行準確導(dǎo)航的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種心血管介入手術(shù)中的實時圖像導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方案具體如下：一種心血管介入手術(shù)中的實時圖像導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：圖像獲取模塊，用于獲取每個患者的心血管圖像；突變點識別模塊，用于在所述心血管圖像中任選一個邊緣像素點作為參考像素點，根據(jù)參考像素點與預(yù)設(shè)第一鄰域內(nèi)每個其他像素點之間的灰度差異與梯度差異，獲得參考像素點為血管壁像素點的血管壁可能性；根據(jù)所述血管壁可能性對所有像素點進行篩選，獲得心血管圖像中的所有血管壁像素點；任選一個血管壁像素點作為參考血管壁像素點；根據(jù)所述參考血管壁像素點與預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)每個其他像素點之間的灰度差異、梯度差異，獲得預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)每個其他像素點的血管壁接近程度；根據(jù)所述血管壁接近程度對參考血管壁像素點進行延伸，獲得參考血管壁像素點的所有延伸血管壁像素點；根據(jù)每個延伸血管壁像素點的延伸方向變化，獲得每個延伸血管壁像素點的延伸方向突變指標；根據(jù)所述延伸方向突變指標獲取所述延伸血管壁像素點中的方向突變點；非正常流通區(qū)域獲取模塊，用于在每個方向突變點的預(yù)設(shè)移動窗口內(nèi)任選一個像素點作為目標像素點，根據(jù)目標像素點的血管壁接近程度、位置分布、梯度分布與灰度分布，獲得目標像素點的非正常可能程度；根據(jù)所有像素點的非正常可能程度，獲得心血管圖像中的非正常流通區(qū)域；導(dǎo)航定位模塊，用于對所述非正常流通區(qū)域進行圖像增強，獲得最終心血管圖像；根據(jù)所述最終心血管圖像進行手術(shù)導(dǎo)航與定位。

2、進一步地，所述血管壁可能性的獲取方法包括：根據(jù)參考像素點與其他邊緣像素點之間的灰度差異與梯度方向差異，獲得參考像素點與每個其他邊緣像素點都為血管壁像素點的成對可能性；根據(jù)血管壁可能性計算公式獲取所述血管壁可能性，所述血管壁可能性計算公式如下所示：式中，表示參考像素點的血管壁可能性；表示參考像素點的梯度值；表示心血管圖像中邊緣像素點的梯度最大值；表示參考像素點與第個邊緣像素點都為血管壁像素點的成對可能性；表示預(yù)設(shè)第一鄰域內(nèi)除參考像素點以外的其他像素點的數(shù)量；表示歸一化函數(shù)；表示最大值函數(shù)；表示并集函數(shù)。

3、進一步地，參考像素點與每個其他邊緣像素點都為血管壁像素點的成對可能性的獲取方法包括：對所述心血管圖像建立笛卡爾坐標系，將邊緣像素點的梯度方向與x軸正方向之間的夾角作為梯度方向角；根據(jù)成對可能性計算公式獲取成對可能性，所述成對可能性計算公式如下所示：式中，表示參考像素點與第個邊緣像素點都為血管壁像素點的成對可能性；表示參考像素點與第個邊緣像素點中灰度值較小的像素點的灰度值；表示參考像素點與第個邊緣像素點中灰度值較大的像素點的灰度值；表示參考像素點與第個邊緣像素點中梯度方向角較大的像素點的梯度方向角；表示參考像素點與第個邊緣像素點中梯度方向角較小的像素點的梯度方向角；表示絕對值函數(shù)。

4、進一步地，所述血管壁像素點的獲取方法包括：將血管壁可能性不小于預(yù)設(shè)第一閾值的所述心血管圖像中的所有邊界像素點作為血管壁像素點。

5、進一步地，所述血管壁接近程度的獲取方法包括：根據(jù)血管壁接近程度計算公式獲取所述血管壁接近程度，所述血管壁接近程度計算公式如下所示：式中，表示參考血管壁像素點預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)第個其他像素點的血管壁接近程度；表示參考血管壁像素點的灰度值；表示參考血管壁像素點預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)第個其他像素點的灰度值；表示參考血管壁像素點的梯度值；表示參考血管壁像素點預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)第個其他像素點的梯度值；表示參考血管壁像素點的梯度方向角；表示參考血管壁像素點預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)第個其他像素點的梯度方向角。

6、進一步地，所述延伸血管壁像素點的獲取方法包括：在參考血管壁像素點預(yù)設(shè)第二鄰域內(nèi)選取血管壁接近程度最大的像素點作為參考血管壁像素點的第一延伸血管壁像素點，并將參考血管壁像素點指向第一延伸血管壁像素點的方向作為參考血管壁像素點的延伸方向，將延伸方向與水平方向的夾角作為參考血管壁像素點的延伸方向角；以所述第一延伸血管壁像素點作為起點進行延伸，直至獲取預(yù)設(shè)數(shù)量個延伸血管壁像素點，并獲得每個延伸血管壁像素點的延伸方向角。

7、進一步地，所述延伸方向突變指標的獲取方法包括：將預(yù)設(shè)數(shù)量個延伸血管壁像素點按照延伸順序進行排序，獲得延伸血管壁像素點序列；根據(jù)延伸方向突變指標計算公式獲取所述延伸方向突變指標，所述延伸方向突變指標計算公式如下所示：式中，表示延伸血管壁像素點的延伸方向突變指標；表示延伸血管壁像素點的預(yù)設(shè)數(shù)量；表示延伸血管壁像素點序列中最后一個延伸血管壁像素點的延伸方向角；表示延伸血管壁像素點序列中第個延伸血管壁像素點的延伸方向角。

8、進一步地，所述方向突變點的獲取方法包括：獲得預(yù)設(shè)第二閾值，當延伸血管壁像素點與前一個延伸血管壁像素點的延伸方向突變指標之間的比值不小于預(yù)設(shè)第二閾值時，將延伸血管壁像素點作為方向突變點。

9、進一步地，所述非正?？赡艹潭鹊墨@取方法包括：根據(jù)每個方向突變點與預(yù)設(shè)移動窗口內(nèi)每個像素點之間的血管壁接近程度與距離分布，獲得延伸血管壁與真實血管壁的匹配程度；根據(jù)非正?？赡艹潭扔嬎愎将@取所述延伸血管壁像素點，所述非正?？赡艹潭扔嬎愎饺缦滤荆菏街校硎灸繕讼袼攸c的非正?？赡艹潭?；表示延伸血管壁與真實血管壁的匹配程度；表示目標像素點預(yù)設(shè)第三鄰域內(nèi)的像素點數(shù)量；表示目標像素點預(yù)設(shè)第三鄰域內(nèi)第個像素點的梯度值；表示目標像素點預(yù)設(shè)第三鄰域內(nèi)第個像素點的灰度值；表示標準差函數(shù)。

10、進一步地，延伸血管壁與真實血管壁的匹配程度的獲取方法包括：以方向突變點為中心，建立矩形窗口，將所述矩形窗口按照方向突變點的前一個延伸血管壁像素點的延伸方向進行移動，將移動過程中窗口中心經(jīng)過的軌跡記為移動軌跡；根據(jù)匹配程度計算公式獲取所述匹配程度，所述匹配程度計算公式如下所示：式中，表示延伸血管壁與真實血管壁的匹配程度；表示矩形窗口在移動過程內(nèi)的像素點數(shù)量；表示方向突變點的前一個延伸血管壁像素點與矩形窗口移動過程內(nèi)第個像素點之間的血管壁接近程度；表示預(yù)設(shè)第三鄰域內(nèi)第個像素點與移動軌跡之間的距離。

11、本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明獲取患者的心血管圖像；由于心血管中的狹窄、堵塞區(qū)域在心血管圖像增強后可能會出現(xiàn)圖像細節(jié)丟失或產(chǎn)生偽影，所以首先識別出血管中的狹窄、阻塞區(qū)域；由于血管相互連通，所以首先篩選出心血管圖像邊界上的血管壁像素點，以該像素點為起點進行延伸；由于血管壁邊緣像素點的梯度值與其他區(qū)域存在較大差距，且血管壁像素點往往是成對出現(xiàn)，并且具有相似的灰度和相反的梯度方向，所以根據(jù)參考像素點與預(yù)設(shè)第一鄰域內(nèi)每個其他像素點之間的灰度差異與梯度差異，獲得參考像素點為血管壁像素點的血管壁可能性；由于心血管系統(tǒng)中的冠狀動脈非正常流通現(xiàn)象多為雜質(zhì)堆積導(dǎo)致，通常不會導(dǎo)致實際的形變，所以需要分析參考血管壁像素點與其他像素點的接近程度；由于非正常流通區(qū)域兩側(cè)血管壁不會受到影響，在形態(tài)上依然具有較強的連通表現(xiàn)，當參考血管壁像素點按照變化前的方向繼續(xù)延伸，若在延伸后的一段距離內(nèi)匹配到連通性較強的血管壁，則說明該變化可能是血管中的非正常流通區(qū)域造成；所以對參考血管壁像素點進行延伸，獲得參考血管壁像素點的所有延伸血管壁像素點；根據(jù)每個延伸血管壁像素點的延伸方向變化，獲得每個延伸血管壁像素點的延伸方向突變指標，進而找到方向突變點；并根據(jù)方向突變點的預(yù)設(shè)移動窗口內(nèi)目標像素點與移動窗口內(nèi)的窗口中心之間的血管壁接近程度、位置分布、梯度分布與灰度分布，獲得目標像素點的非正?？赡艹潭龋桓鶕?jù)所有像素點的非正?？赡艹潭?，獲得心血管圖像中的非正常流通區(qū)域；對非正常流通區(qū)域進行圖像增強，獲得最終心血管圖像；根據(jù)最終心血管圖像進行手術(shù)導(dǎo)航與定位。

12、本發(fā)明能夠?qū)π难軋D像的非正常流通區(qū)域與正常區(qū)域進行不同程度的增強，使增強后的最終心血管圖像能夠較好地顯示血管結(jié)構(gòu)，提高了心血管介入手術(shù)中的實時圖像導(dǎo)航與定位的準確性。