心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統。所述方法包括：建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟；初始化活動輪廓模型的步驟；確定左心室內外表面輪廓的步驟；以及重建左心室三維輪廓的步驟。上述心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統，采用混合高斯模型將磁共振圖像劃分成多個區域，再采用移動正方形法初始化活動輪廓模型，采用活動輪廓模型的能量最小化方程求解得到左心室內外表面輪廓，再由左心室內外表面輪廓重建三維輪廓，因采用混合高斯模型及活動輪廓模型求取的左心室內外表面輪廓較為準確，進而重建的三維輪廓的準確度也較高。
【專利說明】心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像處理領域，特別是涉及一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的提高，心血管疾病已成為人類死亡的主要原因之一。盡早確診疾病是提高治愈和減少發病危險的一個重要因素。為了了解心臟的內部情況，采用磁共振成像技術對心臟掃描成像。磁共振圖像可觀察到一個心跳周期內左心室的運動情況。
[0003]傳統的心臟磁共振圖像一般為二維圖像，對該二維圖像進行分割可得到心臟的輪廓，然而該心臟輪廓分割準確度低，且無法準確重建左心室三維輪廓。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要提供一種能提高準確度的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法。
[0005]此外，還有必要提供一種能提高準確度的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統。
[0006]一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，包括:
[0007]建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟，對獲取的心臟磁共振圖像建立混合高斯模型，采用預設數量高斯分布將所述心臟磁共振圖像劃分成相應的灰度區域圖像；
[0008]初始化活動輪廓模型的步驟，采用移動正方形法對所述灰度區域圖像的邊緣進行處理得到初始化的活動輪廓模型；
[0009]確定左心室內外表面輪廓的步驟，根據所述活動輪廓模型的能量最小化方程分別求解得到所述左心室內外表面輪廓；以及
[0010]重建左心室三維輪廓的步驟，獲取一個心跳周期內多幅空間位置相鄰的心臟磁共振圖像的橫軸圖像，獲取每幅橫軸圖像的左心室內外表面輪廓，將多個橫軸圖形的左心室內外表面輪廓連接起來，形成心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓。
[0011]一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，包括:
[0012]模型建立模塊，用于對獲取的心臟磁共振圖像建立混合高斯模型，采用預設數量高斯分布將所述心臟磁共振圖像劃分成相應的灰度區域圖像；
[0013]初始化活動輪廓模塊，用于采用移動正方形法對所述灰度區域圖像的邊緣進行處理得到初始化的活動輪廓模型；
[0014]左心室內外輪廓獲取模塊，用于根據所述活動輪廓模型的能量最小化方程分別求解得到所述左心室內外表面輪廓；以及
[0015]三維輪廓重建模塊，用于獲取一個心跳周期內多幅空間位置相鄰的心臟磁共振圖像的橫軸圖像，獲取每幅橫軸圖像的左心室內外表面輪廓，將多個橫軸圖形的左心室內外表面輪廓連接起來，形成心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓。[0016]上述心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統，采用混合高斯模型將磁共振圖像劃分成多個區域，再采用移動正方形法初始化活動輪廓模型，采用活動輪廓模型的能量最小化方程求解得到左心室內外表面輪廓，再由左心室內外表面輪廓重建三維輪廓，因采用混合高斯模型及活動輪廓模型求取的左心室內外表面輪廓較為準確，進而重建的三維輪廓的準確度也較高。
[0017]此外，采用重建的左心室三維輪廓測量出泵血量和泵血率參數，測量方便且準確。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為一個實施例中心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法的流程圖圖；
[0019]圖2為建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的流程圖；
[0020]圖3為四種加入短線段的情況；
[0021]圖4為移動正方形法初始化的心臟輪廓示意圖；
[0022]圖5A為采用Canny邊界檢測方法檢測的邊界線條；
[0023]圖5B為邊界提供給活動輪廓模型的受力情況；
[0024]圖6A為活動輪廓模型分割的左心室中部磁共振圖像；
[0025]圖6B為左心室尖端磁共振圖像；
[0026]圖7為左心室內外表面輪廓三維網格重建的結果；
[0027]圖8為點云法測量體積的示意圖；
[0028]圖9為該測量心室的泵血量和泵血率的流程圖；
[0029]圖10為左心室三維輪廓劃分的等距的小方格；
[0030]圖1lA為穿過點的直線與網格的交點的示意圖；
[0031]圖1lB為另一穿過點的直線與網格的交點的示意圖；
[0032]圖1lC為另一穿過點的直線與網格的交點的示意圖；
[0033]圖12為一個實施例中心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統的結構框圖；
[0034]圖13為圖12中模型建立模塊的內部結構框圖；
[0035]圖14為另一個實施例中心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統的結構框圖；
[0036]圖15為圖14中參數獲取模塊的內部結構框圖。
【具體實施方式】
[0037]下面結合具體的實施例及附圖對一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法和系統的技術方案進行詳細的描述，以使其更加清楚。
[0038]磁共振圖像是在電流激活時偏離原來的方向，電流撤去后氫原子逐漸回到原來的方向，放出一個同頻率的信號，在梯度磁場中氫原子轉速的不同選取不同位置拍攝得到的圖像。
[0039]如圖1所示，為一個實施例中心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法的流程圖。該心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，包括:
[0040]步驟S102，建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟，對獲取的心臟磁共振圖像建立混合高斯模型，采用預設數量高斯分布將該心臟磁共振圖像劃分成相應的灰度區域圖像。
[0041]在一個實施例中，如圖2所示，該建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟包括:
[0042]步驟S202，將心臟磁共振圖像分成預設數量個高斯分布的灰度區域圖像，建立混合高斯模型，計算混合高斯模型的先驗概率。
[0043]因心臟磁共振圖像的左心室內壁邊界比較清晰可分，心臟磁共振圖像按灰度大體上可分為三個區域，灰度最亮的區域為肺部的氣管、心室內部的血液和脂肪，灰度比較暗的區域為肺部氣泡區域，灰度處于中間的區域為心肌。心臟磁共振圖像的灰度可采用三個高斯分布表示，用期望最大化 可求解混合高斯模型的參數，該混合高斯模型的參數包括均值及方差。
[0044]本實施例中，將心臟磁共振圖像分成三個區域，然后計算每個區域的先驗概率。該先驗概率可通過三種方法得到:第一種，對整個心臟磁共振圖像的高斯擬合結果加隨機擾動假設得到方差；第二種，采用K均值方法找到各區域中心，通過高斯擬合得到方差；第三種，通過經驗抽樣選取點作為區域中心，通過高斯擬合得到方差。該先驗概率為采用三種方式根據以往數據分析得到的概率。
[0045]步驟S204，計算心臟磁共振圖像中每個點屬于某個區域的概率。
[0046]具體的，心臟磁共振圖像的灰度為一個統計分布，灰度為X的點在區域內出現的概率為:
【權利要求】
1.一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法,包括: 建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟，對獲取的心臟磁共振圖像建立混合高斯模型，采用預設數量高斯分布將所述心臟磁共振圖像劃分成相應的灰度區域圖像； 初始化活動輪廓模型的步驟，采用移動正方形法對所述灰度區域圖像的邊緣進行處理得到初始化的活動輪廓模型； 確定左心室內外表面輪廓的步驟，根據所述活動輪廓模型的能量最小化方程分別求解得到所述左心室內外表面輪廓；以及 重建左心室三維輪廓的步驟，獲取一個心跳周期內多幅空間位置相鄰的心臟磁共振圖像的橫軸圖像，獲取每幅橫軸圖像的左心室內外表面輪廓，將多個橫軸圖像的左心室內外表面輪廓連接起來，形成心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓。
2.根據權利要求 1所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，所述方法在重建左心室三維輪廓的步驟之后還包括: 測量心室的泵血量和泵血率的步驟，根據所述左心室三維輪廓采用點云法測量所述左心室擴張末期的容積和左心室收縮末期的容積，再根據所述左心室擴張末期的容積和左心室收縮末期的容積計算心室的泵血量和泵血率。
3.根據權利要求2所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，所述測量心室的泵血量和泵血率的步驟包括: 左心室三維輪廓網格化及取點步驟，將所述左心室三維輪廓以閉合網格表示，在所述閉合網格內等距離取點，建立左心室三維輪廓網格； 選取最小邊界長方體的步驟，選取包含心室擴張末期的三維輪廓網格及與坐標軸平行的第一最小邊界長方體和包含心室收縮末期的三維輪廓網格及與坐標軸平行的第二最小邊界長方體； 統計點數量的步驟，獲取第一最小邊界長方體內點的數量、第二邊界最小長方體內點的數量、心室擴張末期內點的數量和心室收縮末期內點的數量； 計算容積的步驟，計算第一最小邊界長方體的體積和第二最小邊界長方體的體積，根據所述心室擴張末期內點的數量及所述第一最小邊界長方體的體積和所述第一最小邊界長方體內點的數量計算得到心室擴張末期的容積，根據所述心室收縮末期內點的數量及所述第二最小邊界長方體的容積和所述第二最小邊界長方體內點的數量計算得到所述心室收縮末期的容積；以及 計算泵血量和泵血率的步驟，據所述心室擴張末期的容積和心室收縮末期的容積計算得到所述心室的泵血量和泵血率。
4.根據權利要求3所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，在所述統計點數量的步驟之前，還包括: 判斷點是否在某一目標內部的步驟，獲取穿過所述點的直線，所述直線的兩端在所述目標的最小邊界長方體上，獲取所述直線在所述點的兩端與所述目標的交點的數量，若交點的數量均為奇數，則所述點在所述目標內部，若交點的數量均為偶數，則所述點在所述目標外部，其中所述目標為心室擴張末期或心室收縮末期。
5.根據權利要求1所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，所述建立心臟磁共振圖像的混合高斯模型的步驟包括:將心臟磁共振圖像分成預設數量個高斯分布的灰度區域圖像，建立混合高斯模型，計算混合高斯模型的先驗概率； 計算心臟磁共振圖像中每個點屬于某個區域的概率； 重新計算每個高斯分布的均值和方差，再重新計算每個點屬于某個區域的概率；根據每個點屬于某個區域的概率采用貝葉斯概率計算后驗概率，并將所述后驗概率作為下次計算先驗概率的先驗假設；以及 循環計算直到高斯模型的均值及方差變化量趨近于零，將各點分入后驗概率最大值的區域，得到更新后的心臟磁共振圖像的預設數量個灰度區域圖像。
6.根據權利要求1所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，所述初始化活動輪廓模型的步驟包括: 將所述灰色區域圖像以預設移動正方形大小的網格劃分，在所述網格中插入短線段，將插入的短線段連接成曲線，取最長的圓形曲線初始化活動輪廓模型。
7.根據權利要求1所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建方法，其特征在于，所述確定左心室內外表面輪廓的步驟包括: 獲取并根據活動輪廓模型的內力函數、圖像力函數和交互作用力函數通過微積分建立活動輪廓模型的能量最小化方程，沿能量梯度方向移動，直到圖像力函數與內力函數的值平衡，得到左心室內外表面輪廓。
8.一種心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系 統，其特征在于，包括: 模型建立模塊，用于對獲取的心臟磁共振圖像建立混合高斯模型，采用預設數量高斯分布將所述心臟磁共振圖像劃分成相應的灰度區域圖像； 初始化活動輪廓模塊，用于采用移動正方形法對所述灰度區域圖像的邊緣進行處理得到初始化的活動輪廓模型； 左心室內外輪廓獲取模塊，用于根據所述活動輪廓模型的能量最小化方程分別求解得到所述左心室內外表面輪廓；以及 三維輪廓重建模塊，用于獲取一個心跳周期內多幅空間位置相鄰的心臟磁共振圖像的橫軸圖像，獲取每幅橫軸圖像的左心室內外表面輪廓，將多個橫軸圖形的左心室內外表面輪廓連接起來，形成心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓。
9.根據權利要求8所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述系統還包括: 參數獲取模塊，用于根據所述左心室三維輪廓采用點云法測量所述左心室擴張末期的容積和左心室收縮末期的容積，再根據所述左心室擴張末期的容積和左心室收縮末期的容積計算心室的泵血量和泵血率。
10.根據權利要求9所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述血量參數獲取模塊包括: 網格化子模塊，用于將所述左心室三維輪廓以閉合網格表示，在所述閉合網格內等距離取點，建立左心室三維輪廓網格； 選取子模塊，用于選取包含心室擴張末期的三維輪廓網格及與坐標軸平行的第一最小邊界長方體和包含心室收縮末期的三維輪廓網格及與坐標軸平行的第二最小邊界長方體；統計子模塊，用于獲取第一最小邊界長方體內點的數量、第二邊界最小長方體內點的數量、心室擴張末期內點的數量和心室收縮末期內點的數量； 容積計算子模塊，用于計算第一最小邊界長方體的容積和第二最小邊界長方體的容積，根據所述心室擴張末期內點的數量及所述第一最小邊界長方體的容積和所述第一最小邊界長方體內點的數量計算得到心室擴張末期的容積，根據所述心室收縮末期內點的數量及所述第二最小邊界長方體的容積和所述第二最小邊界長方體內點的數量計算得到所述心室收縮末期的容積；以及 參數計算子模塊，用于據所述心室擴張末期的容積和心室收縮末期的容積計算得到所述心室的泵血量和泵血率。
11.根據權利要求10所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述參數獲取模塊還包括: 判斷子模塊，用于獲取穿過所述點的直線，所述直線的兩端在所述目標的最小邊界長方體上，獲取所述直線在所述點的兩端與所述目標的交點的數量，若交點的數量均為奇數，則所述點在所述目標內部，若交點的數量均為偶數，則所述點在所述目標外部，其中所述目標為心室擴張末期或心室收縮末期。
12.根據權利要求8所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述模型建立模塊包括: 先驗概率獲取子模塊，用于將心臟磁共振圖像分成預設數量個高斯分布的灰度區域圖像，建立混合高斯模型 ，計算混合高斯模型的先驗概率； 所屬概率獲取子模塊，用于計算心臟磁共振圖像中每個點屬于某個區域的概率； 更新子模塊，用于重新計算每個高斯分布的均值和方差，再由所述所屬概率獲取子模塊重新計算每個點屬于某個區域的概率； 后驗概率獲取子模塊，用于根據每個點屬于某個區域的概率采用貝葉斯概率計算后驗概率，并將所述后驗概率作為下次計算先驗概率的先驗假設；以及 循環計算子模塊，用于循環計算直到高斯模型的均值及方差變化量趨近于零，將各點分入后驗概率最大值的區域，得到更新后的心臟磁共振圖像的預設數量個灰度區域圖像。
13.根據權利要求8所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述初始化活動輪廓模塊還用于將所述灰色區域圖像以預設移動正方形大小的網格劃分，在所述網格中插入短線段，將插入的短線段連接成曲線，取最長的圓形曲線初始化活動輪廓模型。
14.根據權利要求8所述的心臟磁共振圖像的左心室三維輪廓重建系統，其特征在于，所述左心室內外輪廓獲取模塊還用于獲取并根據活動輪廓模型的內力函數、圖像力函數和交互作用力函數通過微積分建立活動輪廓模型的能量最小化方程，沿能量梯度方向移動，直到圖像力函數與內力函數的值平衡，得到左心室內外表面輪廓。
【文檔編號】G06T17/00GK103729875SQ201310665145
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】王曉旭 申請人:深圳先進技術研究院