[发明专利]一种基于血管造影图像的血管管径分析系统

说明书

本发明公开了一种基于血管造影图像的血管管径分析系统，属于计算机视觉及机器学习领域。系统由四个模块组成。模块1：利用血管造影图像自动分割血管区域；模块2：依据血管分割结果进行距离变换分析，得到血管内像素距离血管边界的距离图像；模块3：点选局部血管段起始点和终止点，设计路径检测优化目标估计出血管内穿行的内切球的运动轨迹；模块4：获取运动内切球的直径曲线作为血管管径曲线。本发明的优势在于解释性强、计算简单，避免了传统2D图像重建策略的多步骤误差累计问题，也规避了传统分析方法不合理的管腔形态学假设，更适用于血管管径的自动分析。

技术领域

本发明涉及计算机视觉及机器学习领域，更具体的，涉及一种基于血管造影图像的血管管径自动分析系统。

背景技术

动脉造影成像是一种血管成像方法，该成像方法能够高亮地凸显动脉血管。基于血管造影图像分析血管的管径曲线能够直观可视化地展示血管的管径变化规律，是一种图像信息可视化技术。

前人开发的主流血管管径分析系统采用的是基于2D图像重建的多步分析策略。这一策略通常包括以下步骤：血管路径检测、2D图像重建、基于2D图像的血管管径定量。传统2D图像重建策略的基本思想是模拟人工在2D图像上测量管径的过程。在实施过程中，这类系统首先进行血管路径的检测，再基于路径轨迹进行2D图像重建，生成展示血管纵截面的2D曲面重建图或展示血管横截面的横截面重建图，随后基于纵截面重建图或横截面重建图分割血管区域或检测血管边界(也有部分工作在血管路径检测步骤前进行血管分割)，最终进行血管管径的自动定量。在管径定量上，部分工作遵循了最短内径定量原则；也有部分工作定量的是血管横截面平均管径；还有部分工作在假设血管截面为正圆形条件下，根据圆形物体的面积与半径的转换公式粗略估计管径数值。目前最受领域内认同的是最短内径定量原则，即选择最短内径作为特定位置的管径数值。

目前主流的基于2D图像重建策略的管径分析系统主要有以下几点不足：1、血管2D截面的自动重建极其依赖于血管路径的精确检索，路径走形的丝毫偏差会导致截面重建的错误，从而影响管径定量准确性，导致较差的鲁棒性。正是由于重建图像对血管轨迹定量准确性的高度依赖，前人的方法常涉及非常复杂繁琐的血管中心线矫正的步骤。2、在基于2D截面图像的血管管径测量步骤中，通常会有一些先验的假设(如假设血管横截面形态为椭圆形)，但是这些假设在病变的血管位置往往并不成立，这类先验假设也会引入测量的误差。例如在发生斑块的位置，斑块的形状通常较为多变，此时血管腔常常不满足圆形等先验假设。3、管径定量依赖于有限截面的选择，选择不同的截面图像重建的位置或角度，会导致测量出不同的管径数值。4、不少前人研究采用面积、平均管径长度、或者根据截面积估计的管径数值生成管径曲线，仅有部分工作采用业内常用的最短内径标准生成管径曲线。由于整体步骤繁多，并且上述部分子步骤对前处理步骤的精度要求很高，误差的累计效应导致这类模拟人工测量的2D图像重建策略的精确度非常受限。

前人采用的另一类常见的狭窄分析系统采用的是：血管追踪、3D柱形拟合、管径定量的分步策略。这类柱形拟合策略通过血管追踪得到血管的路径，然后在血管形态服从3D柱形先验假设情况下进行管径定量。目前上述两类策略的研究工作基本上都需要一定的人工交互干预，例如血管起始点和终止点的手工点选。

柱形拟合策略的主要局限性在于：1、几何学模型建模过程繁琐，适应不同血管结构变异的能力较差，例如对血管分叉位置和斑块位置需要额外的建模过程；几何学模型的参数拟合计算过程也较为复杂。2、基于先验几何学假设(如柱形假设)常难以有效描述结构复杂的血管形态，这也会影响定量精度。这里值得指出的是，虽然前人研究习惯用血管中心线一词来描述血管路径，但是这些方法都未能从建模的角度严格地论证算法所寻找的路径真正位于局部血管的中心。

因此，目前亟需一种不依赖于2D图像重建以及血管形态假设进行管径定量方法。

发明内容