[发明专利]一种冠状动脉内超声图像序列的弹性配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对相邻帧冠状动脉内超声灰阶图像进行弹性配准的方法，以找到相邻帧中血管腔轮廓之间的对应关系，纠正由心脏运动引起的图像错位，属于医学成像技术领域。

背景技术

冠状动脉内超声(intracoronaryultrasound，ICUS)成像是临床常用的诊断冠状动脉粥样硬化性疾病的介入影像手段，在冠心病的介入诊疗中有很高的指导价值。它利用导管将一个高频微型超声探头导入血管腔内进行探测，在缓慢回撤导管的过程中获得一系列血管腔的横截面(即B-模式)图像(即轴位视图)，显示血管壁的组织结构和几何形态的解剖信息。在轴位视图中血管壁呈现回声不同的三层环形结构：超声导管始终位于图像中心，周围由内而外依次为管腔、血管壁内膜及内弹性膜、中膜、外膜和外弹性膜以及毗邻结构。临床常用的超声导管回撤速度是0.5mm/s，帧速率为30fps(帧/秒)，以此速率通过1mm长的血管段可以得到60帧图像，因而连续两帧图像之间具有很强的相关性，图像内容十分相似。

冠状动脉附着在心外膜表面上，在心动周期中随心脏有节律地运动。在连续回撤超声导管采集ICUS图像的过程中，由心脏运动引起的血管壁移位以及血管曲率和管腔直径的改变，都会导致各帧ICUS图像之间很难保持空间上的一致性。为了保证从ICUS图像中提取血管壁边缘、定量测量血管形态参数以及三维重建血管等的准确性，必须对由心脏运动引起的图像错位进行纠正。然而现有的图像配准方法普遍存在算法复杂、运算量大的缺点，因此还需进一步进行改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种算法简单、运算量小的冠状动脉内超声图像序列的弹性配准方法。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种冠状动脉内超声图像序列的弹性配准方法，所述方法首先从各帧ICUS灰阶图像中提取出血管腔轮廓(即血管壁的内膜轮廓)；然后对血管腔轮廓进行离散化，获得轮廓特征点；最后，采用薄板样条(thinplatespline,TPS)插值算法寻找两帧图像中血管腔轮廓特征点对之间的对应关系，实现两帧图像的弹性配准。

上述冠状动脉内超声图像序列的弹性配准方法，具体步骤如下：

a.提取各帧ICUS图像中的血管腔轮廓

采用snake模型技术提取出各帧ICUS灰阶图像中连续、光滑、闭合的血管腔轮廓曲线；

b.提取血管腔轮廓的特征点

将完成血管腔轮廓提取的ICUS横向视图进行极坐标变换，得到极坐标视图，在极坐标视图中，对血管腔轮廓曲线进行等间隔取样，将其离散化，得到轮廓特征点；

c.自动配准各相邻帧ICUS图像中的血管腔轮廓

采用薄板样条插值配准算法，通过使TPS的变形能最小，联合求解相邻帧管腔轮廓点集之间的匹配矩阵和映射参数，找到相邻帧ICUS图像中血管腔轮廓特征点对之间的一一对应关系，具体方法如下：

假设相邻帧ICUS图像中的血管腔轮廓点集分别为C₁＝{c_1k∈C₁,k＝1,2,...,K}和C₂＝{c_2i∈C₂,i＝1,2,...,N}，配准C₁和C₂的TPS变形能表达式为：