[发明专利]一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法。

背景技术

心血管疾病对人类健康构成了巨大威胁，其中以心血管狭窄最为常见。随着医学影像技术的发展，该技术在血管狭窄诊断上也得到了应用，其中心血管造影图像已经成为心血管疾病诊断的金标准。

传统的诊断方法中，医生如果需要查看病人的心血管的三维结构数据，需要病人做核磁共振或者旋转断层扫描，并从扫描或者共振的数据中手工分割心脏区域，才能得到对应的三维结构，整个过程耗时长、人工参与多、对病人和医生的辐射都较大，不能很好的满足医患的需求。

利用多角度二维心血管图像重建的心血管三维结构不仅能够更好地对心血管狭窄进行客观诊断，而且还能够实现病变的量化描述，对心血管狭窄防治具有重要意义。造影心血管三维重建包括两个阶段：1、造影图像心血管二维信息提取；2、心血管三维结构重建。本文工作主要是围绕心血管骨架信息提取、直径信息提取及三维重建的初步研究展开的。

为了解决上述问题，本发明提出了基于多视角X光片的心血管三维重建方法。本方法能极大的提高三维重建的效率，并能够保证三维重建的精度。与此同时，本方法只需要三个角度、每个角度一个心动周期的X光片为输入源，具有输入少、获取输入方便、重建速度高的特点。依据本发明重建三维结构，能够极大的减轻造影过程对医患的危害。

发明内容

本发明解决的技术问题是：在尽量减少将医患曝光在X射线的前提下，利用尽量少的视角的光片，以较快的速度重建心血管的三维结构。

本发明采用的技术方案为：一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法，包括以下四个步骤：

步骤（1）、图像增强：针对X光成像片对比度低，动态范围窄，成像模糊，成像层级少的缺点，采用基于Retinex理论的图像增强方法，并对处理后的图像引入gain/offset方法进行修正，使图像能够在人眼可见的范围内显示；

步骤（2）、图像中血管结构的提取：根据（1）中增强后的图像，选取不同大小的海森矩阵对图像做卷积，并采用特殊的图像过滤器计算当前像素点成为一个血管结构的可能性，最终根据该可能性构成一张代表血管结构的二值图；

步骤（3）、血管中心线提取：根据步骤（2）中计算得到的血管，采用基于局部特征的方法，将血管外层结构层层剥离，最终只留下内部代表血管结构的单像素中心线；

步骤（4）、血管的三维重建：使用步骤（3）得到的血管中心线，结合三视角的中心线特征，根据X光的成像原理，将X光发生器和成像板之间的空间划分为均匀的多个体素，并根据每个体素在光片上的位置设定每个体素的值，最终根据最优化理论，在考虑连续性的情况下求得所有体素的最优值。

本发明的原理在于：

（1）通过基于Retinex理论的图像增强方法，不同于传统的图像增强算法，如线性、非线性变换、图像锐化等只能增强图像的某一类特征，如压缩图像的动态范围，或增强图像的边缘等，Retinex可以在动态范围压缩、边缘增强和颜色恒常三方面达到平衡，因此可以对各种不同类型的图像进行自适应性地增强。

（2）为了能够对血管的结构进行快速三维重建，需要剥离出图像中血管状结构，去除杂乱的非血管结构，通过使用不同尺度的海森矩阵，能够保留源图像上在径向增强的部分，去除非径向部分，在保留血管结构的同时能极大的去除噪声，为后续处理提供良好的基础。

（3）为了对三维血管进行重建，考虑到单视角必然会有遮挡的现象，需要多个视角的数据共同作用。本方法依据X光成像的特点，将成像空间划分为空间体素，并对所有体素根据其行为的不同划分一定的标价，并最终使用信任传递算法求得所有标价的最小和，从而取得空间血管的三维走形。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、所需视角少，对数据源的要求低，数据的获得方式容易，所有有能力做X光片的医院均可采用本方法进行三维重建。

2、高度个性化，由于重建的数据源来源于每个病人的真实X光片，能够真实的再现病人拍摄光片时心血管的状态和结构。

3、快速，和其他方法动则数小时的重建时间相比，使用本方法的重建只需要数分钟即可完成，其中图像增强处理阶段的效果也可作为医生更好的诊断的依据。

附图说明

图1为基于多视角X光片的心血管三维重建方法的处理流程图；

图2为图像增强之后对比图；

图3为分割后血管与原始血管对比示意图；

图4为中心线追踪结果示意图；

图5为本文方法模拟的X光成像示意图；