[发明专利]一种从单臂X射线造影图中提取呼吸运动参数的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理与医学成像交叉的领域，具体涉及一种从单臂x射线造影图中提取呼吸运动参数的方法。 

背景技术

胸廓有节律的扩大和缩小，从而完成吸气与呼气，这就是呼吸运动。呼吸运动会造成人体心脏在三维空间中整体的平移运动。在X射线造影系统中，由于呼吸运动的影响，冠状动脉血管在造影面上会发生二维平移运动。 

因此，冠脉造影图像一方面记录有心脏的运动在二维平面上的投影，同时也叠加有人体的呼吸运动造成的冠状动脉在造影面上的二维平移运动。那么，要得到更接近真实情况下的二维血管造影图并用于血管三维重建，则需将这两种运动信息进行分离从而对人体的心脏运动和呼吸运动单独进行分析。 

国外很多文献在提取人体呼吸运动的时候都要通过预先设置标记点，然后对它们进行序列跟踪。其中在x射线造影中用的比较多的是，直接手动跟踪造影图中的非心脏的结构特征点。根据呼吸运动的特点，人在进行呼吸的时候会带动体内的其他器官一起运动。一般认为，这些器官会随着肺的运动进行三维空间的平移，且它们的运动都是同步的。所以可假设呼吸运动引起的心脏的运动和与它相邻的器官的运动在造影图平面上也是一致的，可以在造影图中找到心脏外的其他组织上的一些特征点作为标记点。在整个序列中跟踪这些标记点，得到这些标记点的运动情况，然后将这些标记点的运动近似为此二维投影面上的呼吸运动。另一种做法同样利用的是这些不会跟随心脏一起运动的结构特征点，所不同的是，它是在造影的同时记录这些标记点的运动。因此，这便要求在造影前就对各个特征点进行选取和标记。很显然，这两种方案都是有缺陷的。前者主要在于它的适用性很差，因为我们并不能保证每一帧造影图中都存在符合这种条件的标记点(心脏外的其他组织上的一些特征点)，而且找这种点也需要经验(需要对人体 解剖结构比较了解)。所以，在造影图中不存在以上特征点时，呼吸运动是很难被提取出来的。而后者的实现则需要大量实验控制，对一般的临床应用不合适。 

目前，还出现了一种采用在双臂x射线造影条件下实现获得呼吸运动参数的方法，其分离心脏运动与呼吸运动的思想是，取同一时刻不同投影角度的两幅造影图，对其中相对应的冠脉血管进行三维重建，获得该时刻的血管三维空间分布。那么，对一个呼吸周期中的所有造影图对进行匹配和重建后，得到的则是一组三维结构序列，而它们间的空间位移矢量便是呼吸运动。相对来说，通过该方法能得到比较可靠的呼吸运动估计结果，但是由于双臂x射线造影条件的约束，不能广泛的应用在医疗实践中。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种从单臂X射线造影图图像序列中提取呼吸运动参数的方法，通过在冠脉血管上选取一组特征点并在序列中进行跟踪得到它们随时间的运动曲线，然后通过傅里叶级数展开和频域滤波的方法分离得到单独的心脏与呼吸运动信息。具有很好的临床适用性。 

一种基于频域滤波的人体呼吸运动参数提取方法，包括如下步骤： 

(1)获取冠脉血管的单臂X射线造影图图像序列，并确定心脏运动周期N1； 

(2)选取冠脉血管结构特征点； 

(3)提取呼吸运动曲线，具体方式为： 

(3.1)在造影图图像序列中对所述冠脉血管结构特征点进行自动跟踪，获取特征点跟踪序列s(n)，n为特征点跟踪序列长度； 

(3.2)在特征点跟踪序列s(n)中选取一段作为目标序列 ns＝n-n％N1，其中，％为取余符号； 

(3.3)对目标序列 进行离散傅立叶变换，得到目标频域响应S(k)，k＝0，...，ns-1； 

(3.4)令呼吸运动的频域响应