CN103340628A - 心脏实时电影成像图像处理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种心脏实时电影成像图像处理方法和系统。所述方法包括：从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据所述基准点定位右心室；从心脏实时电影成像图像中选取区域，并对所述区域进行分割，得到边界点；对所述边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积；记录随时间变化的拟合的左心室中心得到呼吸运动信号，并确定呼气末期；计算呼气末期的所有帧图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的为心脏收缩末期图像。上述心脏实时电影成像图像处理方法和系统，操作简单，节省时间，方便快速可靠的分析心脏功能。

Description

心脏实时电影成像图像处理方法和系统

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种心脏实时电影成像图像处理方法和系统。

背景技术

心脏磁共振电影成像是临床上较为常用的测量心脏功能的成像方法，一般在一个心动周期内采集部分K空间数据。由于完整的K空间数据在多个心动周期内完成，因而该方法对于呼吸运动较为敏感。为了消除呼吸运动对成像质量的影响，受试者在扫描过程中需要反复多次屏气。这一要求在患有严重心脏疾病、呼吸疾病和婴幼儿身上难以实现，因此该方法具有较大的临床局限性。

心脏磁共振实时电影成像通过适当降低空间分辨率、采用并行成像技术及特殊的重建算法（例如滑窗方法、回波共享方法等），在一个心动周期内即可完成全部K空间数据的采集，因此图像质量受呼吸运动的影响较小，可以在受试者自由呼吸状态下实现数据采集，大大提高了心脏电影成像的临床应用范围。然而，实时电影成像中呼吸运动会导致同一层面在不同心脏相位以及不同层面之间的空间位置不匹配，为后续的心脏功能测量引入误差。

为了解决心脏磁共振实时电影成像中由于呼吸运动导致的层面错位问题，在进行实时成像时，采集至少包含一个呼吸运动周期的图像，而后通过人眼观察所有图像，手动筛选出受试者在呼气末期（即呼吸运动最小）时心脏舒张末期（ED）和收缩末期（ES）的图片。然而，该手动选取方法较为繁琐费时，且大大降低了其临床使用效率和应用价值。

发明内容

基于此，有必要针对手动选取呼气末期时心脏舒张末期和收缩末期的图片繁琐费时的问题，提供一种操作简单且节省时间的心脏实时电影成像图像处理方法。

此外，还有必要提供一种操作简单且节省时间的心脏实时电影成像图像处理系统。

一种心脏实时电影成像图像处理方法，包括：

右心室定位步骤，从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据所述基准点定位右心室；

边界点获取步骤，从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，得到边界点；

左心室中心拟合步骤，对所述边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积；

呼吸运动信号获取步骤，记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号；

呼气末期获取步骤，根据所述呼吸运动信号确定呼气末期；以及

心脏舒张末期图像和收缩末期图像确定步骤，计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

一种心脏实时电影成像图像处理系统，包括：

定位模块，用于从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据所述基准点定位右心室；

边界点获取模块，用于从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，得到边界点；

拟合模块，用于对所述边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积；

呼吸信号获取模块，用于记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号；

呼气末期获取模块，用于根据所述呼吸运动信号确定呼气末期；

处理模块，用于计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

上述心脏实时电影成像图像处理方法和系统，通过在左心室中心设置基准点，根据基准点自动定位右心室，对包含左心室和右心室的区域进行分割得到边界点，根据边界点拟合得到左心室中心及左心室面积，再根据左心室中心随时间变化曲线得到呼吸运动信号，确定呼气末期，从而通过计算呼气末期内所有帧图像两两之间的互相关系数，得到心脏舒张末期和心脏收缩末期图像，提高了图像后处理效率，操作简单，节省时间。

另外，对第一次拟合得到的左心室中心进行修正后，可得到更加准确的呼气运动信号，进而提高了确定呼气末期的准确度，得到更加准确的ED图像和ES图像。

附图说明

图1为一个实施例中心脏实时电影成像图像处理方法的流程图；

图2为设置基准点位置的示意图；

图3为选定90度扇形区域确定右心室；

图4为从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，得到边界点的流程图；

图5为K均值算法分割示意图；

图6为获取灰度均值最高的5×5子区域示意图；

图7A为极坐标下左心室和右心室连接区域展开示意图；

图7B为极坐标下对左心室和右心室连接区域K均值分割得到边界曲线图；

图8为根据边界点计算的最小外接多边形的示意图；

图9为椭圆拟合示意图；

图10为呼气末期一个心脏周期内14帧图像示意图；

图11为根据该拟合得到的左心室中心从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，重新得到边界点的流程示意图；

图12为区域增长与重新定位的左心室中心示意图；

图13为一个实施例中心脏实时电影成像图像处理系统的结构框图；

图14为一个实施例中边界点获取模块的内部结构示意图；

图15为另一个实施例中边界点获取模块的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例及附图对心脏实时电影成像图像处理方法和系统的技术方案进行详细的描述，以使其更加清楚。

如图1所示，为一个实施例中一种心脏实时电影成像图像处理方法，包括：

步骤S102，右心室定位步骤，从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据该基准点定位右心室。

首先，手动从心脏实时电影成像图像中定位左心室，并在左心室中心设置一个基准点。如图2所示为设置基准点位置的示意图，图2中扇形区域的圆心为基准点。

根据基准点定位右心室的步骤包括：以基准点为圆心，第一预设值为半径，形成一90度扇形区域，计算所述扇形区域的灰度均值，然后再将所述扇形区域以1度步长环绕一周，每旋转1度均计算该扇形区域的灰度均值，选取灰度均值最大的扇形区域为右心室。

因通过K均值算法对多幅图像测试得到左右心室连接区域一般低于90度，故以基准点为圆心，半径为第一半径，划定一90度扇形区域，计算该扇形区域的灰度均值。本实施例中，第一半径为50mm（毫米），也可为60毫米、80毫米等等，根据需要设定。

计算每旋转1度步长形成的新的扇形区域的灰度均值，从中选取均值最大的扇形区域作为右心室区域，从而得到每层右心室所在的方向。如图3所示，选定90度的扇形区域，进行确定右心室。

步骤S104，边界点获取步骤，从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，得到边界点。

在一个实施例中，如图4所示，步骤S104包括：

步骤S402，在心脏实时电影成像图像中以基准点为中心选取包含左心室和右心室的区域。

具体的，以基准点为中心提取边长为第一预设边长包含左心室和右心室的方形区域，采用K均值算法对该区域进行分割，该区域被分割成四类，如图5所示，1、2、3和4共四类，得到第2类和第1类的比值，即心肌和血池的比值。对每层的心脏实时电影成像图像进行分割，然后获取最大的心肌和血池的比值和最小的心肌和血池的比值，将最大的心肌和血池的比值作为右心室方向心肌和血池的比值。

采用K均值算法对区域进行分割的具体过程为：

（21）首先，给定一个元素集合D，从D中随机取k个元素，作为k个簇的各自的中心；

（22）分别计算剩下的元素到k个簇的中心的相异度，将剩余的元素分别划归到相异度最低的簇中，即进行聚类；

（23）根据聚类结果，重新计算k个簇各自的中心；

取簇中所有元素各自维度的算术平均数重新计算k个簇各自的中心。

（24）将集合D中全部元素按照新的中心重新聚类，直到聚类结果不再变化；

（25）将结果输出。

本实施例中，采用的是提取边长为第一预设边长的方形区域，便于计算。在其他实施例中，该提取的包含左心室和右心室的区域可为其他形状，如多边形、圆形、椭圆形等。

步骤S404，对该区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最大的比值作为右心室方向心肌和血池的比值。

步骤S406，获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将该血池灰度乘以右心室方向心肌和血池的比值得到右心室方向心肌的灰度值。

具体的，心脏实时电影成像图像的血池灰度可通过以基准点为中心选取第二预设边长区域内，并计算第二预设边长区域内的预设子区域的灰度，选取预设子区域的灰度最高的灰度为心脏实时电影成像图像的血池灰度，本实施例中，以第二预设边长为40毫米，5×5的子区域为例，选取灰度均值最高的5×5的子区域，如图6所示，方形区域为选取的第二预设边长为40毫米的区域。在其他实施例中，第二预设边长可根据需要设定，预设子区域的大小可根据需要设定。该选取的区域可为方形区域、圆形区域、椭圆区域或多边形区域等。

步骤S408，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用该右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。

具体的，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，该极坐标的半径为第二预设值，可得到左心室和右心室连接区域。如图7A所示，矩形区域为左心室和右心室连接区域的展开图像，图7B为运用K均值算法将该图像分割得到血池和心肌的边界曲线图。采用该右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。该第二预设值可为30毫米、50毫米等。

步骤S106，左心室中心拟合步骤，对该边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积。

具体的，将极坐标下得到的边界点变回原坐标系可得到左心室的分割曲线，然后根据该边界点计算最小外接多边形，再对最小外接多边形进行椭圆拟合得到左心室中心及椭圆拟合的左心室面积。图8为根据边界点计算的最小外接多边形，该最小外接多边形82包含左心室中乳突肌。图9为椭圆拟合示意图，图9中拟合得到左心室中心92及椭圆拟合的左心室面积。

步骤S108，呼吸运动信号获取步骤，记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号。

具体的，确定左心室中心后，记录每层拟合得到的左心室中心，可得到左心室中心随时间变化的信号线。由于心脏的收缩舒张运动，信号有一定的波动，考虑到呼吸频率要低于心脏的运动频率，可通过低通滤波得到呼吸运动信号。在本实施例中，图像时间分辨率为60ms（毫秒），正常人平均心率约为每分钟70次，因此心脏收缩运动频率为1.2Hz（赫兹）。成人平静时的呼吸频率约为每分钟12至20次，呼吸频率为0.2至0.33Hz。如此可设置截止频率为0.4Hz至1.0Hz之间的任意值的低通滤波器，可根据需要选择合适值。本实施例中，截止频率为0.8Hz的低通滤波器。

步骤S110，呼气末期获取步骤，根据该呼吸运动信号确定呼气末期。

具体的，呼气末期的长度设为一个完整的心动周期。心率为每分钟70次，则一个心动周期为60s/70=0.875s，时间分辨率60ms，则呼气末期包含图像帧数为0.875s/60ms≈14帧。

根据呼吸运动信号确定呼气末期的步骤包括：将呼吸运动信号分成多个包含连续14帧心脏实时电影成像图像的区域；计算每个区域中14帧心脏实时电影成像图像拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期。

例如，以84帧心脏实时电影成像图像为例，将呼吸运动信号分为6个连续14帧的区域，计算每个区域的拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期，如第2个区域均值最大，则呼气末期的起始帧为第15帧，终止帧为28帧。

步骤S112，心脏舒张末期图像和收缩末期图像确定步骤，计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

由于心脏在舒张末期和收缩末期时图像差别很大，可通过计算图像归一化的互相关系数来判断ED（心脏舒张末期）和ES（心脏收缩末期）图像。提取呼气末期中以基准点为中心，边长为第三预设边长的所有心脏实时电影成像图像的方形区域，对该呼气末期内的14帧图像两两之间计算互相关系数，并选取互相关系数最小的两帧图像，比较两帧图像的拟合得到的左心室面积，面积大的为心脏舒张末期图像，面积小的为心脏收缩末期图像。两帧图像的互相关系数可采用两帧图像的乘积与两帧图像的平方和的根的比值，如：

$\frac{A*B}{\sqrt{A^2+B^2}},$

其中，A和B为两帧图像。

如图10所示，为呼气末期一个心脏周期内14帧图像，通过计算得到第1帧和第7帧互相关系数最小，结合左心室面积，可判定第1帧对应为ED图像，第7帧对应为ES图像。

上述心脏实时电影成像图像处理方法，通过在左心室中心设置基准点，根据基准点自动定位右心室，对包含左心室和右心室的区域进行分割得到边界点，根据边界点拟合得到左心室中心及左心室面积，再根据左心室中心随时间变化曲线得到呼吸运动信号，确定呼气末期，从而通过计算呼气末期内所有帧图像两两之间的互相关系数，得到心脏舒张末期和心脏收缩末期图像，提高了图像后处理效率，操作简单，节省时间，方便快速可靠的分析心脏功能。

进一步的，在一个实施例中，在对该边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积的步骤之后，还包括步骤：

（31）边界点重新确定步骤，根据该拟合得到的左心室中心从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，重新得到边界点。

如图11所示，（31）包括步骤：

步骤S502，在心脏实时电影成像图像中以拟合得到的左心室中心点为中心选取包含左心室和右心室的区域。

具体的，以基准点为中心提取边长为第四预设边长包含左心室和右心室的方形区域，采用K均值算法对该区域进行分割，该区域被分割成四类，如图5所示，1、2、3和4共四类，得到第2类和第1类的比值，即心肌和血池的比值。对每层的心脏实时电影成像图像进行分割，然后获取最大的心肌和血池的比值和最小的心肌和血池的比值，将最小的心肌和血池的比值作为左心室方向心肌和血池的比值。

步骤S504，对该区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最小的比值作为左心室方向心肌和血池的比值。

步骤S506，获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将该血池灰度乘以左心室方向心肌和血池的比值得到左心室方向心肌的灰度值。

具体的，心脏实时电影成像图像的血池灰度可通过以基准点为中心选取第五预设边长区域内，并计算第五预设边长区域内的预设子区域的灰度，选取预设子区域的灰度最高的灰度为心脏实时电影成像图像的血池灰度，本实施例中，以第五预设边长为40毫米，5×5的子区域为例，选取灰度均值最高的5×5的子区域，如图6所示，方形区域为选取的第五预设边长为40毫米的区域。在其他实施例中，第五预设边长可根据需要设定，预设子区域的大小可根据需要设定。该选取的区域可为方形区域、圆形区域、椭圆区域或多边形区域等。

步骤S508，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用该左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的新的边界点。

具体的，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，该极坐标的半径为第三预设值，可得到左心室和右心室连接区域。运用K均值算法将该图像分割得到血池和心肌的边界曲线，再采用该左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。该第三预设值可为30毫米、50毫米等。

（32）左心室中心修正拟合步骤，对该重新得到的边界点拟合得到修正后的左心室中心。

对该重新得到的边界点进行八邻域区域增长，再对增长后的边界点进行椭圆拟合得到修正后的左心室中心。

如图12为区域增长与重新定位的左心室中心示意图。

采用八邻域区域增长的具体过程为：

（a1）对图像顺序扫描，找到第1个没有归属的像素，设该像素为（x0，y0）；

（a2）以（x0，y0）为中心，考虑（x0，y0）的八邻域像素（x，y）是否满足（x0，y0）的生长要求，若满足，则将（x，y）与（x0，y0）合并在同一区域内，同时将（x，y）压入堆栈；

（a3）从堆栈中取出一个像素，将其当作（x0，y0）返回步骤（a2）;

（a4）当堆栈为空时返回步骤（a1）；

（a5）重复步骤（a1）～（a4）直到图像中的每个点都有归属时，生长结束。

上述心脏实时电影成像图像处理方法，对第一次拟合得到的左心室中心进行修正后，可得到更加准确的呼气运动信号，进而提高了确定呼气末期的准确度，得到更加准确的ED图像和ES图像。

如图13所示，在一个实施例中，一种心脏实时电影成像图像处理系统，包括定位模块110、边界点获取模块120、拟合模块130、呼吸信号获取模块140、呼气末期获取模块150和处理模块160。其中：

定位模块110用于从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据该基准点定位右心室。

首先，手动从心脏实时电影成像图像中定位左心室，并在左心室中心设置一个基准点。如图2所示为设置基准点位置的示意图，图2中扇形区域的圆心为基准点。

定位模块110还用于以基准点为圆心，第一预设值为半径，形成一90度扇形区域，计算所述扇形区域的灰度均值，然后再将所述扇形区域以1度步长环绕一周，每旋转1度均计算该扇形区域的灰度均值，选取灰度均值最大的扇形区域为右心室。

边界点获取模块120，用于从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，得到边界点。

如图14所示，边界点获取模块120包括第一选取单元122、第一比值获取单元124、第一灰度值获取单元126和第一边界点确定单元128。其中：

第一选取单元122用于在心脏实时电影成像图像中以基准点为中心选取包含左心室和右心室的区域。

具体的，以基准点为中心提取边长为第一预设边长包含左心室和右心室的方形区域，采用K均值算法对该区域进行分割，该区域被分割成四类，如图5所示，1、2、3和4共四类，得到第2类和第1类的比值，即心肌和血池的比值。对每层的心脏实时电影成像图像进行分割，然后获取最大的心肌和血池的比值和最小的心肌和血池的比值，将最大的心肌和血池的比值作为右心室方向心肌和血池的比值。

第一比值获取单元124用于对该区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最大的比值作为右心室方向心肌和血池的比值。

第一灰度值获取单元126用于获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将该血池灰度乘以右心室方向心肌和血池的比值得到右心室方向心肌的灰度值。

具体的，心脏实时电影成像图像的血池灰度可通过以基准点为中心选取第二预设边长区域内，并计算第二预设边长区域内的预设子区域的灰度，选取预设子区域的灰度最高的灰度为心脏实时电影成像图像的血池灰度，本实施例中，以第二预设边长为40毫米，5×5的子区域为例，选取灰度均值最高的5×5的子区域，如图6所示，方形区域为选取的第二预设边长为40毫米的区域。在其他实施例中，第二预设边长可根据需要设定，预设子区域的大小可根据需要设定。该选取的区域可为方形区域、圆形区域、椭圆区域或多边形区域等。

第一边界点确定单元128用于以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用该右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。

具体的，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，该极坐标的半径为第二预设值，可得到左心室和右心室连接区域。如图7A所示，矩形区域为左心室和右心室连接区域的展开图像，图7B为运用K均值算法将该图像分割得到血池和心肌的边界曲线示意图，再采用该右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。该第二预设值可为30毫米、50毫米等。

拟合模块130用于对该边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积。

具体的，拟合模块130将极坐标下得到的边界点变回原坐标系可得到左心室的分割曲线，然后根据该边界点计算最小外接多边形，再对最小外接多边形进行椭圆拟合得到左心室中心及椭圆拟合的左心室面积。图8为根据边界点计算的最小外接多边形，该最小外接多边形82包含左心室中乳突肌。图9为椭圆拟合示意图，图9中拟合得到左心室中心92及椭圆拟合的左心室面积。

呼吸信号获取模块140用于记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号。

具体的，确定左心室中心后，记录每层拟合得到的左心室中心，可得到左心室中心随时间变化的信号线。由于心脏的收缩舒张运动，信号有一定的波动，考虑到呼吸频率要低于心脏的运动频率，可通过低通滤波得到呼吸运动信号。在本实施例中，图像时间分辨率为60ms（毫秒），正常人平均心率约为每分钟70次，因此心脏收缩运动频率为1.2Hz（赫兹）。成人平静时的呼吸频率约为每分钟12至20次，呼吸频率为0.2至0.33Hz。如此可设置截止频率为0.4Hz至1.0Hz之间的任意值的低通滤波器，可根据需要选择合适值。本实施例中，截止频率为0.8Hz的低通滤波器。

呼气末期获取模块150用于根据该呼吸运动信号确定呼气末期。

具体的，呼气末期的长度设为一个完整的心动周期。心率为每分钟70次，则一个心动周期为60s/70=0.875s，时间分辨率60ms，则呼气末期包含图像帧数为0.875s/60ms≈14帧。

进一步的，呼气末期获取模块150还用于将呼吸运动信号分成多个包含连续14帧心脏实时电影成像图像的区域；计算每个区域中14帧心脏实时电影成像图像拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期。

例如，以84帧心脏实时电影成像图像为例，将呼吸运动信号分为6个连续14帧的区域，计算每个区域的拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期，如第2个区域均值最大，则呼气末期的起始帧为第15帧，终止帧为28帧。

处理模块160用于计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

由于心脏在舒张末期和收缩末期时图像差别很大，可通过计算图像归一化的互相关系数来判断ED（心脏舒张末期）和ES（心脏收缩末期）图像。提取呼气末期中以基准点为中心，边长为第三预设边长的所有心脏实时电影成像图像的方形区域，对该呼气末期内的14帧图像两两之间计算互相关系数，并选取互相关系数最小的两帧图像，比较两帧图像的拟合得到的左心室面积，面积大的为心脏舒张末期图像，面积小的为心脏收缩末期图像。两帧图像的互相关系数可采用两帧图像的乘积与两帧图像的平方和的根的比值，如：

$\frac{A*B}{\sqrt{A^2+B^2}},$

其中，A和B为两帧图像。

如图10所示，为呼气末期一个心脏周期内14帧图像，通过计算得到第1帧和第7帧互相关系数最小，结合左心室面积，可判定第1帧对应为ED图像，第7帧对应为ES图像。

上述心脏实时电影成像图像处理系统，通过在左心室中心设置基准点，根据基准点自动定位右心室，对包含左心室和右心室的区域进行分割得到边界点，根据边界点拟合得到左心室中心及左心室面积，再根据左心室中心随时间的变化曲线得到呼吸运动信号，确定呼气末期，从而通过计算呼气末期内所有帧图像两两之间的互相关系数，得到心脏舒张末期和心脏收缩末期图像，提高了图像后处理效率，操作简单，节省时间，方便快速可靠的分析心脏功能。

进一步的，边界点获取模块120还用于根据所述拟合得到的左心室中心从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对该区域进行分割，重新得到边界点。

如图15所示，边界点获取模块120还包括第二选取单元121、第二比值获取单元123、第二灰度值获取单元125和第二边界点确定单元127。其中：

第二选取单元121用于在心脏实时电影成像图像中以拟合得到的左心室中心点为中心选取包含左心室和右心室的区域。

第二比值获取单元123用于对所述区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最小的比值作为左心室方向心肌和血池的比值。

第二灰度值获取单元125用于获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将所述血池灰度乘以左心室方向心肌和血池的比值得到左心室方向心肌的灰度值。

第二边界点确定单元127用于以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用所述左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的新的边界点。

具体的，以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，该极坐标的半径为第三预设值，可得到左心室和右心室连接区域。运用K均值算法将该图像分割得到血池和心肌的边界曲线，再采用该左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于该左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。该第三预设值可为30毫米、50毫米等。

拟合模块130还用于对该重新得到的边界点拟合得到修正后的左心室中心。

拟合模块130还用于对所述重新得到的边界点进行八邻域区域增长，再对增长后的边界点进行椭圆拟合得到修正后的左心室中心。

上述心脏实时电影成像图像处理系统，对第一次拟合得到的左心室中心进行修正后，可得到更加准确的呼气运动信号，进而提高了确定呼气末期的准确度，得到更加准确的ED图像和ES图像。

上述心脏实时电影成像图像处理方法和系统，用于对10个正常自愿者的心脏实时电影图像进行处理，除去部分不用于功能分析的心尖和基底层，检测结果如表1所示。将人眼观察的结果作为标准，则平均成功率达到93%以上。

表1

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种心脏实时电影成像图像处理方法，包括：

右心室定位步骤，从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据所述基准点定位右心室；

边界点获取步骤，从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，得到边界点；

左心室中心拟合步骤，对所述边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积；

呼吸运动信号获取步骤，记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号；

呼气末期获取步骤，根据所述呼吸运动信号确定呼气末期；以及

心脏舒张末期图像和收缩末期图像确定步骤，计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

2.根据权利要求1所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，所述右心室定位步骤包括：

以基准点为圆心，第一预设值为半径，形成一90度扇形区域，计算所述扇形区域的灰度均值，然后再将所述扇形区域以1度步长环绕一周，每旋转1度均计算所述扇形区域的灰度均值，选取灰度均值最大的扇形区域为右心室。

3.根据权利要求2所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，所述边界点获取步骤包括：

在心脏实时电影成像图像中以基准点为中心选取包含左心室和右心室的区域；

对所述区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最大的比值作为右心室方向心肌和血池的比值；

获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将所述血池灰度乘以右心室方向心肌和血池的比值得到右心室方向心肌的灰度值；以及

以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用所述右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于所述右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。

4.根据权利要求3所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，左心室中心拟合步骤包括：

根据所述边界点计算最小外接多边形，再对最小外接多边形进行椭圆拟合得到左心室中心及椭圆拟合的左心室面积。

5.根据权利要求1所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，在左心室中心拟合步骤之后，还包括步骤：

边界点重新确定步骤，根据所述拟合得到的左心室中心从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，重新得到边界点；以及

左心室中心修正拟合步骤，对所述重新得到的边界点拟合得到修正后的左心室中心。

6.根据权利要求5所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，边界点重新确定步骤包括：

在心脏实时电影成像图像中以拟合得到的左心室中心点为中心选取包含左心室和右心室的区域；

对所述区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最小的比值作为左心室方向心肌和血池的比值；

获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将所述血池灰度乘以左心室方向心肌和血池的比值得到左心室方向心肌的灰度值；以及

以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用所述左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于所述左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的新的边界点。

7.根据权利要求6所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，所述左心室中心修正拟合步骤包括：

对所述重新得到的边界点进行八邻域区域增长，再对增长后的边界点进行椭圆拟合得到修正后的左心室中心。

8.根据权利要求1所述的心脏实时电影成像图像处理方法，其特征在于，所述呼气末期获取步骤包括：

将呼吸运动信号分成多个包含连续14帧心脏实时电影成像图像的区域；以及

计算每个区域中14帧心脏实时电影成像图像拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期。

9.一种心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，包括：

定位模块，用于从心脏实时电影成像图像中选定的左心室中心设置基准点，根据所述基准点定位右心室；

边界点获取模块，用于从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，得到边界点；

拟合模块，用于对所述边界点进行拟合得到左心室中心及左心室面积；

呼吸信号获取模块，用于记录随时间变化的拟合的左心室中心，经过过滤处理得到呼吸运动信号；

呼气末期获取模块，用于根据所述呼吸运动信号确定呼气末期；以及

处理模块，用于计算呼气末期的所有帧心脏实时电影成像图像两两之间的互相关系数，选取互相关系数最小的两帧图像，并将两帧图像中拟合得到的左心室面积大的设为心脏舒张末期图像，两帧图像中拟合得到的左心室面积小的设为心脏收缩末期图像。

10.根据权利要求9所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述定位模块还用于以基准点为圆心，第一预设值为半径，形成一90度扇形区域，计算所述扇形区域的灰度均值，然后再将所述扇形区域以1度步长环绕一周，每旋转1度均计算所述扇形区域的灰度均值，选取灰度均值最大的扇形区域为右心室。

11.根据权利要求10所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述边界点获取模块包括：

第一选取单元，用于在心脏实时电影成像图像中以基准点为中心选取包含左心室和右心室的区域；

第一比值获取单元，用于对所述区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最大的比值作为右心室方向心肌和血池的比值；

第一灰度值获取单元，用于获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将所述血池灰度乘以右心室方向心肌和血池的比值得到右心室方向心肌的灰度值；以及

第一边界点确定单元，用于以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用所述右心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于所述右心室方向心肌的灰度值时，得到相应的边界点。

12.根据权利要求11所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述拟合模块还用于根据所述边界点计算最小外接多边形，再对最小外接多边形进行椭圆拟合得到左心室中心及椭圆拟合的左心室面积。

13.根据权利要求9所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述边界点获取模块还用于根据所述拟合得到的左心室中心从心脏实时电影成像图像中选取包含左心室和右心室的区域，并对所述区域进行分割，重新得到边界点；以及

所述拟合模块还用于对所述重新得到的边界点拟合得到修正后的左心室中心。

14.根据权利要求13所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述边界点获取模块还包括：

第二选取单元，在心脏实时电影成像图像中以拟合得到的左心室中心点为中心选取包含左心室和右心室的区域；

第二比值获取单元，用于对所述区域进行分割得到心肌和血池的比值，并选取最小的比值作为左心室方向心肌和血池的比值；

第二灰度值获取单元，用于获取心脏实时电影成像图像的血池灰度，将所述血池灰度乘以左心室方向心肌和血池的比值得到左心室方向心肌的灰度值；以及

第二边界点确定单元，用于以基准点为中心，将心脏实时电影成像图像转为极坐标，得到左心室和右心室连接区域，采用所述左心室方向心肌的灰度值对左心室和右心室连接区域进行分割，当灰度值首次低于所述左心室方向心肌的灰度值时，得到相应的新的边界点。

15.根据权利要求14所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述拟合模块还用于对所述重新得到的边界点进行八邻域区域增长，再对增长后的边界点进行椭圆拟合得到修正后的左心室中心。

16.根据权利要求9所述的心脏实时电影成像图像处理系统，其特征在于，所述呼气末期获取模块还用于将呼吸运动信号分成多个包含连续14帧心脏实时电影成像图像的区域，并计算每个区域中14帧心脏实时电影成像图像拟合得到的左心室中心的均值，将均值最大的区域作为呼气末期。

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