CN102013116A - 基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法，所述方法采集脑血管的二维数字减影图像序列，对所采集到的图像序列进行预处理，得到预处理后的数字减影图像序列；根据预处理后的数字减影图像序列进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据；根据所述预重建数据依次对图像序列有效性进行校验、二维图像像素数据有效性进行校验，以及对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，从而得到最终修正后的图像数据；采用FDK算法根据所述最终修正后的图像数据进行三维重建，得到所述脑血管的三维重建数据信息。通过上述方法，就能够减少对采集旋转造影图像序列的过程中诸多因素的影响干扰，并抑制三维重建伪影，提高了三维重建的准确性。

Description

基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法。

背景技术

目前，在医疗设备领域中，X射线血管造影术是脑血管疾病类获得确切诊断和有效治疗的最佳手段。采用X射线C形臂旋转造影系统，可以辅助医生实现病变血管的微创介入治疗，具有的低创、简便、安全疗效快的特点。但常规的二维造影图像属于透视投影图，将脑血管的三维形态结构放大投影在二维图像上，病变血管与周围血管很容易出现相互重叠干扰的现象，影响正确的诊疗。

近几年发展起来的三维重建技术如图1所示，图1中：脑血管旋转造影采集二维DSA(Digital Subtraction Angiogram，数字减影)图像序列，根据脑血管旋转造影所采集的图像序列重建出类似CT的切片图像，可以在三维空间任意角度清晰显示脑血管的结构和形态，有效地避免邻近血管的重叠和遮盖，为脑血管疾病的准确诊断和介入治疗提供了可靠的依据。

但现有技术的三维重建技术对旋转造影的图像数据源要求比较严格，例如当造影剂与旋转采集的时间配合不好时，会导致部分图像缺失血管成像信息；C形臂旋转运动的偶发误差或探测器位置偏移等，也会导致图像采集角度的偏差；血管粥样硬化或注射器推力不足等原因，会造成部分图像上血管的造影剂充盈较差；成像目标物运动带来的运动伪影，例如呼吸运动、肢体轻微运动等，图像采集效果也较差；或者是图像上部分区域数据源比较差，例如牙齿、金属物等高密度目标物成像区域噪声大、图像信息较差时，也会影响到图像采集质量。由此可见，现有的三维重建技术中，多种成像因素都会对图像采集有较大的影响，从而影响最终的三维成像结果。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法，能够减少对采集旋转造影图像序列的过程中诸多因素的影响干扰，并抑制三维重建伪影，提高了三维重建的准确性。

本发明实施提供了一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法，具体包括：

采集脑血管的二维数字减影图像序列，对所采集到的图像序列进行预处理，得到预处理后的数字减影图像序列；

根据预处理后的数字减影图像序列进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据；

根据所述预重建数据依次对图像序列有效性进行校验、二维图像像素数据有效性进行校验，以及对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，从而得到最终修正后的图像数据；

采用FDK算法根据所述最终修正后的图像数据进行三维重建，得到所述脑血管的三维重建数据信息。

所述对所采集到的图像序列进行预处理，具体包括：

对所采集到的图像序列进行减影处理、运动伪影抑制处理、畸变校正、灰度均衡和降噪处理操作。

所述对图像序列有效性进行校验的约束条件具体包括：

运动伪影信息、图像整体灰度信息和相邻帧图像灰度信息。

所述二维图像像素数据有效性进行校验的约束条件具体包括：

图像区域像素值统计信息。

所述对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，具体包括：

通过随机Randon变换后补充修正检验处理过程中丢失的图像信息。

在得到所述脑血管的三维重建数据信息之后，所述方法还包括：

将所得到的三维重建数据信息传送给图像显示模块，以显示脑血管三维重建图像。

由上述所提供的技术方案可以看出，采集脑血管的二维数字减影图像序列，对所采集到的图像序列进行预处理，得到预处理后的数字减影图像序列；根据预处理后的数字减影图像序列进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据；根据所述预重建数据依次对图像序列有效性进行校验、二维图像像素数据有效性进行校验，以及对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，从而得到最终修正后的图像数据；采用FDK算法根据所述最终修正后的图像数据进行三维重建，得到所述脑血管的三维重建数据信息。通过上述方法，就能够减少对采集旋转造影图像序列的过程中诸多因素的影响干扰，并抑制三维重建伪影，提高了三维重建的准确性。

附图说明

图1为现有技术中三维重建技术的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供三维重建方法的流程示意图；

图3为本发明实施例所提供三维重建方法进行图像采集的结构示意图；

图4为本发明实施例所举实例中落地式C臂旋转造影系统的结构示意图；

图5为本发明实施例所举实例中悬吊式C臂旋转造影系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法，能够减少对采集旋转造影图像序列的过程中诸多因素的影响干扰，并抑制三维重建伪影，提高了三维重建的准确性。

为更好的描述本发明实施方式，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，如图2所示为本发明实施例所提供三维重建方法的流程示意图，图2包括如下步骤：

步骤21：采集图像序列；

在该步骤中，采集脑血管的二维数字减影图像序列，具体进行图像采集的结构示意图如图3所示，图3中包括C形臂2、X射线管球3、床台支撑系统4、床台5、图像显示模块6、成像目标物7(例如病人)、旋转造影控制模块10、图像采集模块11、图像处理模块12以及X射线曝光控制模块13，其中：

通过图像采集模块11发出控制指令到旋转造影控制模块10、X射线曝光控制模块13，在C形臂2旋转的同时采集脑血管的二维DSA图像序列，具体为：

蒙片图像序列M{m₁，m₂，.....，m_n}和盈片图像序列L{l₁，l₂，......，l_n}；n表示每次旋转造影采集的图像帧数。

步骤22：对图像进行预处理；

在该步骤中，对所采集到的图像序列进行预处理，得到预处理后的数字减影图像序列。

具体包括：将图像数据传送到图像处理模块12，首先进行图像预处理(包括减影处理、运动伪影抑制处理、畸变校正、灰度均衡、降噪处理等处理操作)，得到处理后的DSA图像序列：

D＝L-M，{d₁，d₂，......，d_n}，其中d_i＝l_i-m_i。

步骤23：进行预三维重建，得到预重建数据；

在该步骤中，根据预处理后的数字减影图像序列进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据。具体包括：

进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据Vox，作为数据有效性验证的依据。将预重建数据Vox按相应的采集角度进行投影，得到预重建投影图像序列：

P＝Proj(Vox)，{p₁，p₂，......，p_n}

步骤24：根据预重建数据进行图像序列有效性进行校验；

在该步骤中，根据所述预重建数据依次对图像序列有效性进行校验，具体包括：

根据预重建数据比较d_i和p_i图像，对图像序列有效性进行校验。约束条件主要包括运动伪影信息、图像整体灰度信息和相邻帧图像灰度信息等。具体来说：

num(l_i-m_i＞0)/num(d_i)＜0.1(运动伪影约束)

[num(d_i＜0)-num(p_i＜0)]/num(d_i＜0)＜0.1(图像整体灰度信息约束)

correlate[num(d_i-d_i-1)，num(p_i-p_i-1)]＞0.9(相邻帧图像灰度信息约束)

其中，上述表达式中num表示数量统计函数，(d_i＜0)表示d_i图像上血管区域的像素，correlate表示图像互相关函数。

由此得到：

D’＝{d₁’，d₂’，......，d_n’}，其中d_i’＝Validate(d_i，p_i)

该处理环节可以剔除运动伪影过大的d_i图像、采集角度偏差较大的d_i图像以及缺失血管成像信息的d_i图像等。

步骤25：再进行二维图像像素数据有效性进行校验；

在该步骤中，通过上述步骤24的操作之后，再对二维图像像素数据有效性进行校验，具体包括：

比较d_i’和p_i图像，对d_i’图像的二维图像像素数据进行有效性校验，约束条件主要包括图像区域像素值统计信息和相邻帧图像灰度信息等，具体来说：

num[local(d_i-p_i＞0)]/num[local(d_i＜0)]＜0.1(图像区域像素值统计信息)

correlate[local(d_i-d_i-1＜0)，local(d_i-d_i+1＞0)]＞0.8(相邻帧图像灰度信息)

其中，上述表达式中local表示局部区域图像函数，可以是30*30或50*50邻域等。

由此得到：

D”＝{d_i”，d₂”，......，d_n”}，其中d_i”＝Evaluate(d_i’，p_i)

该处理环节可以剔除d_i’图像上数据源较差的区域、造影剂充盈较差的区域等。

步骤26：对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正；

在该步骤中，对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，从而得到最终修正后的图像数据；具体包括：

对D”图像数据进行频域空间数据完备性修正，在Randon变换后通过在Randon空间进行双线性插值，补充修正上述处理过程中丢失的图像信息，具体来说：

r_i＝∫Interpolate(Radon(d_i”))dβ

其中，上述表达式中Interpolate表示双线性插值函数，β表示旋转采集的角度。

由此得到：

R{r₁，r₂，......，r_n}，其中r_i＝Restore(Randon(d_i”))

步骤27：对最终修正后的图像数据进行三维重建。

在该步骤中，采用FDK(Feldkamp A，Davis L C and Kress J W.)算法根据所述最终修正后的图像数据R进行三维重建，得到所述脑血管的三维重建数据信息Vox’。具体来说：

Vox’＝∫r_i(u，v，β)weigh(r_i)dβ

其中，上述表达式中weigh表示锥形束重建的权函数。

另外，在得到所述脑血管的三维重建数据信息之后，所述方法还包括：

将所得到的三维重建数据信息传送给图像显示模块，以显示脑血管三维重建图像。

上述的方法主要可以应用在医用X射线C形臂旋转造影系统上，探测器既可以是平板探测器(FPD，Flat Panel Detector)，也可以是影像增强器(I.I，Image Intensifer)；C形臂既可以是落地式C臂，也可以是悬吊式C臂，如图4为落地式C臂旋转造影系统的结构示意图，如图5为悬吊式C臂旋转造影系统的结构示意图。

下面以具体的实例来对本发明的方法进行说明，以图4中落地式C臂旋转造影系统为例，图中包括L臂支撑系统1、C形臂2、X射线管球3、床台支撑系统4、床台5、图像显示模块6、成像目标物7(例如病人)、X射线探测器8(例如平板探测器或影像增强器)、C形臂支撑系统9，其中：

由图像采集模块11发出旋转造影指令到旋造控制模块10、X射线曝光控制模块13和高压注射器等部件。旋造控制模块10将启动C形臂2高速旋转，同时X射线曝光控制模块13将根据外同步信号控制高压发生器和管球曝光，X射线探测器8(平板探测器或影像增强器)将同步接收X射线造影图像。

图像采集模块11将图像序列传送给图像处理模块12，由图像处理模块12采用本发明提出的三维重建方法得到脑血管的三维数据Vox’，再传送给图像显示模块6，以显示脑血管三维重建图像。

通过上述方法的实施，就可以提高脑血管三维重建的鲁棒性，降低采集脑血管旋转造影图像序列的要求，该方法考虑了常规方法重建质量的多种影响因素(例如造影剂与旋转采集的时间配合偏差、运动伪迹、高密度目标成像、造影剂显影不充分、采集角度偏差等)，通过数据有效性校验和完备性修正的处理，减少了这些因素对重建结果的影响，从而提高了三维重建方法的鲁棒性；同时该方法还可以有效抑制脑血管三维重建的伪影，本发明提出的方法可以大大减小这些干扰信息在三维重建过程中的贡献，从而抑制重建伪影。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于脑血管旋转造影术进行三维重建的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集脑血管的二维数字减影图像序列，对所采集到的图像序列进行预处理，得到预处理后的数字减影图像序列；

根据预处理后的数字减影图像序列进行预三维重建，得到脑血管的预重建数据；

根据所述预重建数据依次对图像序列有效性进行校验、二维图像像素数据有效性进行校验，以及对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，从而得到最终修正后的图像数据；

采用FDK算法根据所述最终修正后的图像数据进行三维重建，得到所述脑血管的三维重建数据信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所采集到的图像序列进行预处理，具体包括：

对所采集到的图像序列进行减影处理、运动伪影抑制处理、畸变校正、灰度均衡和降噪处理操作。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对图像序列有效性进行校验的约束条件具体包括：

运动伪影信息、图像整体灰度信息和相邻帧图像灰度信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维图像像素数据有效性进行校验的约束条件具体包括：

图像区域像素值统计信息。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对最终的图像数据进行频域空间数据完备性修正，具体包括：

在Randon变换后通过在Randon空间进行双线性插值，补充修正检验处理过程中丢失的图像信息。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述脑血管的三维重建数据信息之后，所述方法还包括：

将所得到的三维重建数据信息传送给图像显示模块，以显示脑血管三维重建图像。

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