[发明专利]对周期性生理活动的图像序列进行分析的方法、介质和系统

说明书

本发明公开了一种对周期性生理活动的图像序列进行分析的方法、介质和系统。该方法包括：通过对所述图像序列中的相邻帧进行运动分析，来计算各帧图像中每个像素的局部运动向量；对所述图像序列的所有帧图像中所有像素的局部运动向量进行主成分分析，来估计各个像素的主运动向量；通过将各帧图像中各个像素的局部运动向量在其相应的主运动向量上进行投影，来重建各帧的全局运动度量；基于各帧的全局运动度量，计算所述各帧在所述周期性生理活动中的相位。该方法、介质和系统能够快速有效的基于周期性生理活动的图像序列自身的动态变化来估计图像帧的相位，既不需要辅助监测设备也不依赖其他参考图像。

技术领域

本发明涉及对图像序列进行分析的方法、计算机存储介质和系统，具体地，涉及对周期性生理活动的图像序列进行分析的方法、计算机存储介质和系统，更具体地，涉及对周期性生理活动的图像序列进行分析以获得相位的方法、计算机存储介质和系统。

背景技术

生理活动的周期，诸如呼吸和心动周期，对于同步该生理活动的图像序列中的图像帧具有重要的作用。周期性生理活动的图像序列中各帧的相位，是对医学成像和诊断非常重要的中间信息。例如，医生在对肺部CT图像序列进行解读时，需要标注出呼出相和吸入相；又例如，利用生理结构的各个角度的二维图像重建其三维结构时，需要相应的各个角度的二维图像在周期性生理活动中具有相同的相位；再例如，在心血管诊断和治疗领域中，准确确定心动周期中各帧的相位有助于导出其他重要的生理参数，诸如心率、心动周期等。

目前，为了实现以上目的，通常使用额外的周期监控装置，诸如心电装置和呼吸监测仪等来记录和监测临床上相关信息。然而，这些配置并不是相应成像系统的标准配置，额外的设备会占用诊断现场的空间，还需要临床医生分心在周期监控装置与成像系统之间进行对比。常用的血管造影(X-ray Angiography)技术可以通过多个角度的成像更好地分析血管的生理结构和获取相关生理参数(比如血管体积，血管直径等)。在前沿的多角度冠状动脉造影临床应用中，例如三维动脉的血管重建和血液动力模拟，自动而准确地获取各个角度的图像序列中每帧所对应的周期相位，对于准确估计血管特征参数和同步用于重建的图像帧均十分重要。

在没有心跳监测信号(比如同步心电门控信号/ECG)的情况下，人工判断图像帧和所处心跳相位的对应关系往往很难精准而且耗时。然而心电门控装置并不是造影系统的实际临床应用的标准配置，常用的造影设备产生的图像序列都没有同步的心电门控信号。

目前，基于血管的图像序列本身去估计心动周期相位的主要分析方法主要分为以下几种：采用计算不同帧(例如相邻帧)之间的差值的方法去寻找相位变化最慢的时间窗口，以便利用该时间窗口内的若干图像帧进行分析，这种方法并没有估计每帧的相位，也不能区分舒张期和收缩期，对图像中的背景噪声特别敏感；还有基于参考图像比对的方法去确定相位，此方法需要手动挑选出所要相位的参考图像，或者要求数据库中参考图像跟当前图像序列高度吻合。以上分析方法运用于除了心动周期以外的周期性生理活动，诸如呼吸周期的肺部活动的图像序列时，也会产生类似问题。

发明内容

本发明人发现，现存的周期相位的分析方法存在的问题是：需要依赖额外的周期监控装置或者依赖手动挑选出的参考图像，增加了系统的复杂性和临床医生的工作量。如果能够摆脱对这些额外设备的依赖并且能够帮助临床医生从繁杂的手动挑选工作中摆脱出来，仅仅基于周期性生理活动的图像序列自动分析以获得各帧的相位，将为临床操作带来巨大的便利，例如，将为心血管领域的临床操作带来巨大的便利。

本发明人还发现，现存的基于血管的图像序列本身去估计心动周期相位的分析方法还存在如下问题：对于图像中的背景噪声特别敏感，分析结果容易受其干扰；不能基于图像序列自身的时域变化来自动快速且准确地估算各帧图像在周期性运动中的相位。

本发明的目的在于提供一种快速有效的基于周期性生理活动的图像序列自身的动态变化来估计图像帧的相位的方法和系统，既不需要辅助监测设备也不依赖其他参考图像。