[发明专利]一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法

摘要

本发明提供一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法，包括了四个步骤：图像增强，用来增强图像，加大X光片对比度；血管提取，从X光图像中提取出心血管；中心线追踪，细化提取出的血管；三维重建，结合几个视角的中心线采用最优化方法重建血管的三维结构。本发明可完全基于GPU进行重建和渲染，具有重建速度快、重建输入少、重建效果逼真的特点。

主权项

一种基于多视角X光片的心血管三维重建方法，其特征在于包括以下四个步骤：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：根据步骤(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，并利用当前像素点的特征值计算其特殊的图像过滤器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；所述血管中心线提取，依据Fast marching算法，将血管点分类为Frozen点和邻居点，通过计算邻居点和Frozen点之间的距离将Frozen点中离候选点最近的加入邻居点集，直到所有Frozen点都被处理完毕，邻居点即是所计算的中心线的点；所述三维重建进一步包括：(1)将X光机光心和接收器之间均匀划分为多层，并预备在每层上进行操作；(2)根据空间中采样点的投射到光片上的位置和投射到光片的个数，对所有采样点都赋予一个能量值；(3)在被赋予能量值之后使用信任传递算法，在考虑“颜色一致性”的基础上进行信任值传播，在考虑“连续性”基础上进行空间结构计算，最终求得能量最小值对应的血管；(4)Dp(fp)被认为是“色彩一致性”系数，将其定义为：其中n为索引视角的编号，Pith(x，y)为点p在第i个视角的投影片上值，该值可以按照以下进行计算：其中Wh为常量，代表较高的能量值；Wl为常量，代表较低的能量值；Wa为计算得出，Valith为投射到第i幅图像上的值，N代表被投射的图像的个数；在信息传递过程中，定义当前的信息能量为：Vp＝Vp‑1+αminD+(1‑α)VpminD    (6)其中α为常量，minD为两点间最小距离，VpminD代表取得两点间最小距离时点所代表的值；在能量最小化的过程中，定义能量为：ei(pi)＝min[γD(pi，q)+(1‑γ)V(q)+ei‑1(q)]    (7)其中ei(pi)为能量值；ei‑1(q)为上一邻居的能量值，γ为常量，D(pi，q)为两点间距离，V(q)为当前点权值。