一種冠狀動脈cta影像中提取血管方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)學影像處理領域，是一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法。
【背景技術】：
[0002] CTA(ComputedTomographicAngiography)全稱是計算機斷層攝影血管造影術， 是一種非創(chuàng)傷性的評價血管系統(tǒng)的檢查方法，冠狀動脈CTA是檢查冠狀動脈是否發(fā)生狹 窄，影響對心臟的供血，造成冠心病，顯影劑被注入冠狀動脈血管里，因為X光穿不透顯影 劑，通過顯影劑在X光下的所顯示影像來診斷冠狀動脈血流情況。傳統(tǒng)的線性目標提取方 法難以從冠狀動脈CTA影像的復雜背景中，連貫、準確地提取出血管信息。

【發(fā)明內容】
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[0003] 本發(fā)明公開了一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，首先對冠狀動脈CTA影像 進行高通濾波邊緣增強，增強影像中血管壁特征；通過調整形狀因子和光滑度參數(shù)定義面 向對象分割，基于MeanShift圖像分割算法進行聚類后得到包含血管信息的二值圖像；計 算血管在CTA圖像中表現(xiàn)出來的延展性因子分析提取線性血管目標；基于面積閾值降低圖 像噪聲，建立眾數(shù)濾波模型，以3X3模板參數(shù)對降噪圖像進行區(qū)域填充，確保提取血管曲 線的連貫性。本發(fā)明易于實現(xiàn)、準確率高，可在冠狀動脈CTA影像中有效提取連貫的血管信 息。
【附圖說明】
[0004] 圖1 一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法流程圖；
[0005] 圖2冠狀動脈CTA影像；
[0006] 圖3冠狀動脈CTA影像中分割出血管區(qū)域（中間灰度設置為255的白色區(qū)域）；
[0007] 圖4冠狀動脈CTA影像中提取出血管區(qū)域（中間灰色區(qū)域）；
[0008] 圖5冠狀動脈CTA影像中血管提取結果。
【具體實施方式】：
[0009] 1、高通濾波邊緣增強：圖像的邊緣、細節(jié)主要在高頻部分得到反映。高通濾波可以 使高頻分量暢通，頻域中的高頻部分對應著圖像中灰度急劇變化的地方，這些地方往往是 物體的邊緣，通過高通濾波技術，可以消除模糊，突出邊緣，使低頻分量得到抑制，從而達到 增強高頻分量，使圖像的邊沿或線條變得清晰，實現(xiàn)圖像的銳化。本發(fā)明采3X3模板大小 的高斯卷積函數(shù)對圖像進行濾波。
[0010] 2、面向對象分割：對冠狀動脈CTA影像進行分割，通過設置各波段權重，形狀因子 和光滑度因子，得到空間相鄰、同質性較好的分割單元，以及分割單元的形狀特征、結構特 征。采用基于MeanShift圖像分割算法對冠狀動脈CTA影像進行分割和特征空間聚類，進 而根據(jù)分割單元特征信息，對分割單元進行聚類得到二值化圖像：
[0011] 給定d維空間Rd中的n個樣本點Xi，i= 1，…，n，在X點的MeanShift向量的 基本形式定義為：
[0012]
⑴
[0013] 其中，sk是一個半徑為h的高維球區(qū)域，滿足以下關系的y點的集合：
[0014]
(2)
[0015] k表示在這n個樣本點乂;中，有k個點落入s 域中。
[0016] 其中（Xi_x)是樣本點xjg對于點x的偏移向量，（1)式定義的MeanShift向量 Mh(x)就是對落入?yún)^(qū)域％中的k個樣本點相對于點x的偏移向量求和然后再平均。如果 樣本點Xi從一個概率密度函數(shù)f(x)中采樣得到，由于非零的概率密度梯度指向概率密度 增加最大的方向，因此從平均上來說^區(qū)域內的樣本點更多的落在沿著概率密度梯度的方 向。因此，對應的MeanShift向量Mh(x)應該指向概率密度梯度的方向。
[0017] 圖像分割步驟描述如下：
[0018] (1)選擇Epanechinov核作為核函數(shù)；
[0019] (2)對于圖像上的每個點，計算其收斂點，記為Zlj;
[0020] (3)在數(shù)據(jù)集{Zwi= 1，2...，n，j= 1，2...，m}上進行特征聚類，將坐標空間 的歐氏距離小于h。，且顏色空間距離小于匕的數(shù)據(jù)點聚為一類；
[0021] (^▽/ = 1,2,_._,",_/ = 1,2，.._,??圖像數(shù)據(jù)空間的類標記為11]={1^1]￡(： 15|};
[0022] (5)消除元素個數(shù)小于M的類。
[0023] 3、延展性分析提取血管目標：延展性因子包括長寬比、密度，可以區(qū)分方形與矩 形，提取出線性目標，獲得到血管的二值圖像。
[0024] (1)長寬比：
[0025]
(3)
[0026] L表示對象的長度，W表示對象的寬度，這里的長度和寬度都以像素個數(shù)計算。
[0027] (2)密度：密度d可以表示為影像對象面積除上它的半徑。這里n是構成影像對 象的像素數(shù)量，半籽梁用協(xié)方差矩陣夾沂似i+算。
[0028]
(4)
[0029] 使用密度來描述影像對象的緊致程度，在像素柵格的圖形中理想的緊致形狀是一 個正方形。一個影像對象的形狀越接近長方形，例如血管，它的密度就越低。
[0030] 4、基于面積閾值降低圖像噪聲：利用像素之間的灰度反差通過設置冠狀動脈CTA 影像的目標區(qū)域面積閾值（默認值為50像素），突出提取血管信息。
[0031] 5、眾數(shù)濾波連貫血管曲線：針對血管壁的斑塊和梗阻可能造成冠狀動脈CTA影像 中血管曲線提取結果不連續(xù)情況，根據(jù)像元鄰域內的眾數(shù)值來替換像元，平滑模糊血管區(qū) 域；需要滿足兩個條件才能發(fā)生替換：
[0032] (1)相同值的鄰近像元的數(shù)量必須多到可以成為眾數(shù)值，或者至少一半的像元必 須具有相同值。即，如果指定的是眾數(shù)參數(shù)，則四分之三或八分之五的已連接像元必須具有 相同的值；如果指定的是半數(shù)參數(shù)，則需要一半的已連接像元具有相同的值；
[0033] (2)那些像元必須與指定的濾波器的中心相鄰（例如，四分之三的像元必須相 同）。第二個條件與像元的空間連通性有關，目的是將像元的空間模式的破壞程度降到最 低。如果不滿足這些條件，將不會進行替換，像元的值也將保持不變。最終得到連貫的血管 曲線結果。
【主權項】
1. 一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，其特征在于包含以下步驟： (1) 高通濾波邊緣增強； (2) 面向對象分割； (3) 延展性分析提取血管目標； (4) 基于面積閾值降低圖像噪聲； (5) 眾數(shù)濾波連貫血管曲線，輸出血管提取結果。2. 權利1所敘述一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，其特征在于，面向對象分割 步驟中對冠狀動脈CTA影像進行分割，通過設置各波段權重，形狀因子和光滑度因子，得到 空間相鄰、同質性較好的分割單元，以及分割單元的形狀特征、結構特征。采用基于Mean Shift圖像分割算法對冠狀動脈CTA影像進行分割和特征空間聚類，進而根據(jù)分割單元特 征信息，對分割單元進行聚類得到二值化圖像。3. 權利1所敘述一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，其特征在于，延展性分析提取 血管目標步驟中延展性因子包括長寬比、密度，可以區(qū)分方形與矩形，提取出線性目標，獲 得到血管的二值圖像。4. 權利1所敘述一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，其特征在于，眾數(shù)濾波連貫血 管曲線步驟針對血管壁的斑塊和梗阻可能造成冠狀動脈CTA影像中血管曲線提取結果不 連續(xù)情況，根據(jù)像元鄰域內的眾數(shù)值來替換像元，平滑模糊血管區(qū)域；需要滿足兩個條件才 能發(fā)生替換： (1) 相同值的鄰近像元的數(shù)量必須多到可以成為眾數(shù)值，或者至少一半的像元必須具 有相同值。即，如果指定的是眾數(shù)參數(shù)，則四分之三或八分之五的已連接像元必須具有相同 的值；如果指定的是半數(shù)參數(shù)，則需要一半的已連接像元具有相同的值； (2) 那些像元必須與指定的濾波器的中心相鄰（例如，四分之三的像元必須相同）。第 二個條件與像元的空間連通性有關，目的是將像元的空間模式的破壞程度降到最低。如果 不滿足這些條件，將不會進行替換，像元的值也將保持不變。最終得到連貫的血管曲線結 果。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冠狀動脈CTA影像中提取血管方法，首先對冠狀動脈CTA影像進行高通濾波邊緣增強，增強影像中血管壁特征；通過調整形狀因子和光滑度參數(shù)定義面向對象分割，基于Mean？Shift圖像分割算法進行聚類后得到包含血管信息的二值圖像；計算血管在CTA圖像中表現(xiàn)出來的延展性因子分析提取線性血管目標；基于面積閾值降低圖像噪聲，建立眾數(shù)濾波模型，以3×3模板參數(shù)對降噪圖像進行區(qū)域填充，確保提取血管曲線的連貫性。本發(fā)明易于實現(xiàn)、準確率高，可在冠狀動脈CTA影像中有效提取連貫的血管信息。
【IPC分類】A61B6/03
【公開號】CN105167798
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】穆亞平, 劉立旻
【申請人】穆亞平, 劉立旻
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月21日