[发明专利]一种基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成方法及装置，其中方法包括：依据输入的冠脉掩膜提取冠脉血管位于主动脉窦处的血管起点和每个起点所在掩膜中的连通域内的全部末端点；从起点自顶向下跟踪冠脉血管提取冠脉中心线，构建冠脉中心线树；从末端点自底向上跟踪冠脉血管，补全冠脉中心线树；剔除血管粘连、静脉中心线，合并提取的所有冠脉中心线树，获得完整的冠脉中心线。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成方法及装置。

背景技术

心脏CT(CCTA)图像中的冠状动脉中心线提取是评估狭窄和动脉粥样硬化斑块的先决条件。现有的方法大体可以划分为两类：基于深度网络预测跟踪算法；基于冠脉掩膜提取3d骨架算法。然而这两种方法都存在明显的不足，基于深度网络预测进行冠脉跟踪会因为冠脉血管分叉点预测错误而导致整条血管分支丢失；基于冠脉掩膜提取的3d骨架往往过度依赖与冠脉分割的精确性，在存在血管粘连或静脉被误识别为冠脉的情况下提取的中心线不可靠。这些不稳定因素都可能会影响后续医生对疾病的诊断。

发明内容

本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成方法及装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个方面提供了一种基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成方法，包括：依据输入的冠脉掩膜提取冠脉血管位于主动脉窦处的血管起点和每个起点所在掩膜中的连通域内的全部末端点；从起点自顶向下跟踪冠脉血管提取冠脉中心线，构建冠脉中心线树；从末端点自底向上跟踪冠脉血管，补全冠脉中心线树；剔除血管粘连、静脉中心线，合并提取的所有冠脉中心线树，获得完整的冠脉中心线。

其中，依据输入的冠脉掩膜提取冠脉血管位于主动脉窦处的血管起点包括：将输入的冠脉掩膜分解为主动脉窦掩膜和血管掩膜，使用Scikit库中包含的skeletonize_3d算法提取血管掩膜的骨架；提取血管掩膜的连通域；计算连通域中包含的点到主动脉窦掩膜表面的距离，如果距离小于到主动脉窦掩膜表面距离最近的点的距离，则确定该点在主动脉窦上，为一条血管的起点。

其中，从起点自顶向下跟踪冠脉血管提取冠脉中心线，构建冠脉中心线树包括：初始化整体中心线树为一颗空树，以起点集合中每个起点作为树的根节点，前向跟踪血管，提取当前起点的前向中心线树，将前向中心线束加入到整体中心线树中；循环调用自底向上冠脉中心线补全提取反向中心线树，加入到整体中心线树中，构建冠脉中心线树。

其中，依据输入的冠脉掩膜提取每个起点所在掩膜中的连通域内的全部末端点包括：计算起点所在的连通域中所有点到起点的最短路径，将最短路径构成有向图，则在有向图中入度为0的节点所组成的节点集合确定为末端点集合。

其中，从末端点自底向上跟踪冠脉血管，补全冠脉中心线树包括：对末端点集合中每个末端点，判断是否已经连接到整体中心线树中，如果没有连接，则将没有连接到整体中心线树的末端点作为树的根节点，反向跟踪血管，提取反向中心线树，若反向中心线树与整体中心线树重合达到预设程序，则将反向中心线树添加到整体中心线树中，补全冠脉中心线树。

其中，方法还包括：删除反向中心线树对应的节点，更新连通域，循环执行从起点自顶向下跟踪冠脉血管提取冠脉中心线，构建冠脉中心线树和从末端点自底向上跟踪冠脉血管，补全冠脉中心线树的步骤，直到末端点个数为零。

本发明另一方面提供了一种基于双向冠脉血管跟踪的冠脉中心线生成装置，包括：提取模块，用于依据输入的冠脉掩膜提取冠脉血管位于主动脉窦处的血管起点和每个起点所在掩膜中的连通域内的全部末端点；构建模块，用于从起点自顶向下跟踪冠脉血管提取冠脉中心线，构建冠脉中心线树；补全模块，用于从末端点自底向上跟踪冠脉血管，补全冠脉中心线树；合并模块，用于剔除血管粘连、静脉中心线，合并提取的所有冠脉中心线树，获得完整的冠脉中心线。