CN103810688B - 一种左心室的自动分块方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种左心室的自动分块方法，包括如下步骤：a)得到左心室的初步划分区域，并根据所述区域的中心点确定心尖的位置P0；b)根据所述中心点和心尖的位置P0确定所述分块方法在第一维方向的分界点，根据所述分界点在第一维方向上对所述左心室进行第一次分块；c)确定所述分块方法在第二维方向上的划分起始参考点，根据所述起始参考点在第二维方向上对步骤b)的每一个分块再进行第二次分块。本发明提供的左心室的自动分块方法，能够自动将左心室划分为均衡光滑的若干个分块，并对任何个体都有统一均匀的平滑划分。
Description
技术领域
本发明涉及一种医学图像分块方法，尤其涉及一种左心室的自动分块方法。
背景技术
左心室功能指数，如射血分数、局部心肌变化、心肌壁厚的变化等，在临床实践中常常被用来作为评价心脏收缩能力和功能的指标。为了计算这些指数，首先需要对医学图像(包括磁共振,CT,超声等模态数据)做心脏分割，然后将左心室根据标准划分为多个分块,如美国心脏协会--American Heart Association（AHA）的牛眼图划分。
现有的牛眼图分割方法主要有：直接分割法，参见文献1：Y. Ma, R. Karim, R.Housden, G. Gijsbers, R. Bullens, C. Rinaldi, R. Razavi, T. Schaeffter, andK. Rhode, “Cardiac Unfold: A Novel Technique for Image-Guided CardiacCatheterization Procedures,” in Information Processing in Computer-AssistedInterventions, vol. 7330, P. Abolmaesumi, L. Joskowicz, N. Navab, and P.Jannin, Eds. Springer Berlin / Heidelberg, 2012, pp. 104–114；基于图像配准的分割法，参见文献2：X. Zhuang, W. Shi, S. Duckett, H. Wang, R. Razavi, D. Hawkes,D. Rueckert, and S. Ourselin, “A Framework Combining Multi-sequence MRI forFully Automated Quantitative Analysis of Cardiac Global And RegionalFunctions,” in Functional Imaging and Modeling of the Heart, vol. 6666, D.Metaxas and L. Axel, Eds. Springer Berlin / Heidelberg, 2011, pp. 367–374；以及半自动的分割法，参见文献3：Philips Extended Brilliance Workspace(EBW) 3.0,Best, The Netherlands, Jan, 2007. 。
简而言之，直接分割法首先利用左心室的外表面信息找到左心室的主轴方向，做垂直于主轴的若干截面并计算截面的中心点，以此中心点拟合3次贝塞尔（Bezier）曲线作为心脏的长轴。最后在划分左心室时，以左右心室交界区域夹角的中分线与交界线的交点作为参考点，以角度将心室划分为均匀的16块。
基于配准的方法，是将左心室手工划分为16块作为图谱，将此图谱与待分割的左心室配准，可以得到该左心室的一个牛眼图划分。但是该方法得到的牛眼图往往使得分块具有锯齿状边缘，并且在某些情况下得到的划分结果差异较大。
半自动的分割方法，是人为的选择分块的起始点，然后等角度将心室划分为16个子块。
由上可见，现有的左心室自动划分的结果中往往存在比例失调以及锯齿状边界的问题，因此，有必要提供新的左心室的自动分块方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种左心室的自动分块方法，能够自动将左心室划分为均衡光滑的若干个分块，并且易于进一步调整分割结果使得对任何个体都有统一均匀的平滑划分。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种左心室的自动分块方法，包括如下步骤：a)得到左心室的初步划分区域，并根据所述区域的中心点确定心尖的位置P0；b)根据所述中心点和心尖的位置P0确定所述分块方法在第一维方向的分界点，根据所述分界点在第一维方向上对所述左心室进行第一次分块，所述心尖的位置P0通过如下过程得到：a1)根据所述初步划分区域的中心点来拟合第一直线；a2)将所有所述左心室表面的点投影到所述第一直线上，找到投影最低的点Plow，以此最低点Plow与所述初步划分区域的中心点拟合第二直线；a3) 重复步骤a2),直至两次得到的Plow之间的距离小于预设阈值ε，则Plow为所述心尖位置P0；c)确定所述分块方法在第二维方向上的划分起始参考点，根据所述起始参考点在第二维方向上对步骤b)的每一个分块再进行第二次分块。
上述的左心室的自动分块方法，其中，所述步骤a)中的初步划分区域通过牛眼图配准得到。
上述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述步骤a3)中的预设阈值ε的取值范围为0.2-3mm。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述步骤b)中第一维方向的分界点通过如下过程得到：根据所述中心点和心尖的位置P0拟合贝塞尔曲线，并在所述贝塞尔曲线上根据自定义比率确定所述第一维方向的分界点，所述分界点的个数为N，N为正整数。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述第一次分块包括：分别过除心尖点P0外的N-1个分界点做垂直于所述贝塞尔曲线的平面，所述平面将所述左心室划分为N-1个部分，从离所述心尖P0由远至近依次为第1分块到第N-1分块。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述第一次分块中的自定义比率为等比例。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述N为4，所述左心室通过第一次分块划分为基底部，中部和心尖部三部分。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述步骤c)中所述起始参考点通过如下步骤确定：c1)获取左右心室交界线与所述第一维方向上第1分块边界的交点M1和M2；取M1M2连线的中点M为所述第一维方向上第1分块在所述第二维方向上的起始参考点R1；c2)所述第i个分块上的起始参考点Ri为该分块上面任何一个分块的起始参考点Rj在该分块上的投影，i=2,…N-1，j=1, ..., i-1。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述M1和M2通过如下过程得到：在所述第一维方向上第1分块的平面上寻找左右心室的交界点，距离最远的两个点定义为M1和M2。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述步骤c)中第二次分块包括如下步骤：确定所述每个分块划分的部分数；以除所述心尖外的分界点和某一分块的起始参考点的连线作为第一条分割线，并以该分块的贝塞尔曲线为中心，根据自定义比率在第二维方向将该分块划分成设定的部分数。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述左心室划分为16块，所述基底部、中部和心尖部的通过第二次分块划分的部分数分别为6、6、4。
上述左心室的自动分块方法，其中，选取过所述左心室的血池部分距离心尖最近的点Pb 做垂直于所述贝塞尔曲线的平面，在该平面和心尖之间的部分为心肌的第17块。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述N为6，所述左心室通过第一次分块划分为五个部分，从二尖瓣根部到心尖，每个分块通过第二次分块划分的部分数分别为5、4、3、2、1。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述第二次分块中的自定义比率划分部分数为过所述分界点的垂直于贝塞尔曲线的平面圆周按角度划分为设定的部分数。
上述左心室的自动分块方法，其中，所述平面圆周划分为将其等比例划分。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的左心室的自动分块方法，在牛眼图配准的基础上,根据第一维方向的分界点和自定义比率对左心室进行第一次分块，再根据第二维方向的起始参考点和自定义比率对每个分块进行第二次分块，从而自动将左心室划分为均衡光滑的若干个分块，并且易于进一步调整分割方向和每次分块的自定义比率使得对任何个体都有统一均匀的平滑划分。
附图说明
图1为本发明左心室的自动分块方法流程示意图；
图2为牛眼图配准后的效果图；
图3为本发明的3分块16部分分割效果图；
图4为本发明的5分块15部分分割效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
下面以把左心室分割成AHA定义的标准16块牛眼图分块为例，结合图1、图2、图3和图4来详细介绍本发明左心室的自动分块方法的流程，如图1所示，本发明提供的左心室的自动分块方法包括如下步骤：
步骤S101：得到左心室的初步划分区域，并根据所述区域的中心点确定左心室心尖的位置P0。具体地，左心室的初步划分区域通过牛眼图配准得到，首先，输入心脏任何一个相位图像，如心脏舒张末期相位图像或心脏收缩末期图像，并利用全局以及局部的仿射配准方法将全心脏的各个腔室分割出来；接着利用图谱匹配的方法将牛眼图图谱匹配到分隔好的心室图像中，得到左心室的初步划分区域（如图2所示）。图像可以为磁共振图像或CT血管造影图像。
接着，根据左心室的初步划分区域的中心点确定左心室的心尖位置P0，具体过程如下：a1)根据左心室的初步划分区域的中心点来拟合第一直线；a2)将所有所述左心室表面的点投影到所述第一直线上，找到投影最低的点Plow，以此最低点Plow与所述初步划分区域的中心点拟合第二直线；a3) 重复步骤a2),直至两次得到的Plow之间的距离小于预设阈值ε（ε为[0.2-3mm]），则Plow为所述心尖位置P0。在本实施例中，ε=1mm。此外，在做心功能分析的时候，左心室的长轴起着很重要的作用，在本发明中，根据心尖位置P0和左心室的初步划分区域的中心点来拟合直线，该直线即为左心室的长轴。
步骤S102：根据所述初步划分区域的中心点和心尖的位置P0确定所述分块方法的第一维方向的分界点，根据所述分界点在第一维方向上对所述左心室进行第一次分块。具体地，分界点通过如下过程获得：根据所述中心点和心尖的位置P0拟合贝塞尔曲线，并在所述贝塞尔曲线上根据自定义比率确定所述第一维方向的分界点，所述分界点的个数为N，N为正整数。在本实施例中，分界点的个数为4，则除心尖外有3个分界点。
接着，根据所述分界点在第一维方向上对所述左心室进行第一次分块。第一次分块过程如下：分别过除心尖点外的N-1个点做垂直于贝塞尔曲线的平面，所述平面将左心室沿长轴方向划分为N-1个部分，从离所述心尖P0由远至近依次为第1分块到第N-1分块。在本实施例中，如图3所示，所述左心室通过第一次分块在第一维方向上划分为三个部分，分别为基底部，中部和心尖部三部分。
步骤S103：确定所述分块方法在第二维方向上的划分起始参考点，根据所述起始参考点在第二维方向上对每一分块进行第二次分块。首先，确定第1分块起始参考点R1，具体过程如下：获取左右心室交界线与所述第一维方向上第1分块边界的交点M1和M2；取M1M2连线的中点M为所述第一维方向上第1分块在所述第二维方向上的起始参考点R1；然后确定其余分块的起始参考点，第i个分块上的起始参考点Ri为该分块上面任何一个分块的起始参考点Rj在该分块上的投影，其中i=2,…N-1，j=1, ..., i-1。在本实施中，第二个分块的起始参考点R2为第一个分块的起始参考点R1在第二个分块的投影，第三个分块的起始参考点R3为第一个分块的起始参考点R1在第三个分块的投影。此外，也可以是第二个分块的起始参考点R2为第一个分块的起始参考点R1在第二个分块的投影，而第三个分块的起始参考点R3为第二个分块的起始参考点R2在第三个分块的投影。在具体操作过程中，M1和M2也可以通过如下过程得到：在所述第一维方向上第1分块的平面上寻找左右心室的交界点，距离最远的两个点定义为M1和M2。
接着，进行第二次分块。具体步骤为：确定所述每个分块划分的部分数。
以所述分界点和某一分块的起始参考点的连线作为第一条分割线，并以该分块的贝塞尔曲线为中心，根据自定义比率在第二维方向将该分块划分成设定的部分数，优选为等比例划分。在本实施例中，基底部、中部和心尖部的通过第二次分块划分的部分数分别为6、6、4，则将左心室分为16块，如图3所示。具体地，根据基底部的部分数，以经过基底部的贝塞尔曲线为中心，沿过分界点的垂直于该贝塞尔曲线的平面圆周方向将360度划分为6个部分，角度区间[0º,60º）, [60º,120º)…[ 301º,360º)。此外，也可以根据自定义比率，只要将360度划分为6份即可。再确定左心室上任意一点所在的位置，具体过程为：获取所述左心室上某一部分上任何一点P与其到所述贝塞尔曲线上的投影点P’及该部分的起始参考点M0到所述贝塞尔曲线上的投影点M0’；计算向量到向量之间的角α，根据该α的所属的角度区间确定该点P所属的分块，例如，角α为30度，则该点P属于[0º,60º）的部分区域。最终分块效果如图3所示，和牛眼图配准后的效果图（图2）相比，本发明提供的分块方法得到的分块结果是比例均匀并且分块之间的边界是平滑的。
在具体应用中，在已经划分的16块心肌的基础上，可以进一步将左心室心肌部分划分为17块。具体划分如下：选取左心室的血池部分距离心尖最近的点Pb做垂直于贝塞尔曲线的平面，在该平面和心尖之间的部分为心肌的第17块。
本发明提供的分块方法可用于把左心室分割成AHA定义的标准16块或17块牛眼图分块，同样也可以用于把左心室心肌或腔室血液分成任意数量的分块，且本发明提供的分块方法得到的分块结果是比例均匀并且分块之间的边界是平滑的。例如，如图4所示，将左心室分为15块，则N为6，所述左心室通过第一次分块划分为五个部分，从二尖瓣根部到心尖，每个分块通过第二次分块划分的部分数分别为5、4、3、2、1。
综上所述，本发明提供的左心室的自动分块方法，在牛眼图配准的基础上,先根据第一维方向的分界点和自定义比率对左心室进行第一次分块，再根据第二维方向的起始参考点和自定义比率对每个分块进行第二次分块，从而自动将左心室划分为均衡光滑的若干个分块。此外，本发明每次的分割方向和分块比率都是易于调整的，从而使得对任何个体都有统一均匀的平滑划分。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (11)
1.一种左心室的自动分块方法，将左心室分成多个部分，其特征在于，包括如下步骤：
a)得到左心室的初步划分区域，并根据所述区域的中心点确定心尖的位置P0；
b)根据所述中心点和心尖的位置P0确定所述分块方法在第一维方向的分界点，根据所述分界点在第一维方向上对所述左心室进行第一次分块；
第一维方向的分界点通过如下过程得到：根据所述中心点和心尖的位置P0拟合贝塞尔曲线，并在所述贝塞尔曲线上根据自定义比率确定所述第一维方向的分界点，所述分界点的个数为N，N为正整数；
所述第一次分块包括：分别过除心尖点P0外的N-1个分界点做垂直于所述贝塞尔曲线的平面，所述平面将所述左心室划分为N-1个部分，从离所述心尖P0由远至近依次为第1分块到第N-1分块；
c)确定所述分块方法在第二维方向上的划分起始参考点，根据所述起始参考点在第二维方向上对步骤b)的每一个分块再进行第二次分块，所述起始参考点通过如下步骤确定：
c1)获取左右心室交界线与所述第一维方向上第1分块边界的交点M1和M2；取M1M2连线的中点M为所述第一维方向上第1分块在所述第二维方向上的起始参考点R1；
c2)所述第i个分块上的起始参考点Ri为该分块上面任何一个分块的起始参考点Rj在该分块上的投影，其中i＝2,…N-1，j＝1,...,i-1。
2.如权利要求1所述的左心室的自动分块方法，其特征在于，所述步骤a)中的初步划分区域通过牛眼图配准得到。
3.如权利要求1所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述第一次分块中的自定义比率为等比例。
4.如权利要求1所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述N为4，所述左心室通过第一次分块划分为基底部，中部和心尖部三部分。
5.如权利要求1所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述M1和M2通过如下过程得到：在所述第一维方向上第1分块的平面上寻找左右心室的交界点，距离最远的两个点定义为M1和M2。
6.如权利要求1所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述步骤c)中第二次分块包括如下步骤：
确定所述每个分块划分的部分数；
以除所述心尖外的分界点和某一分块的起始参考点的连线作为第一条分割线，并以该分块的贝塞尔曲线为中心，根据自定义比率在第二维方向将该分块划分成设定的部分数。
7.如权利要求4所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述左心室划分为16块，所述基底部、中部和心尖部的通过第二次分块划分的部分数分别为6、6、4。
8.如权利要求7所述左心室的自动分块方法，其特征在于，选取过所述左心室的血池部分距离心尖最近的点Pb做垂直于所述贝塞尔曲线的平面，在该平面和心尖之间的部分为第17个部分。
9.如权利要求1所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述N为6，所述左心室通过第一次分块划分为五个部分，从二尖瓣根部到心尖，每个分块通过第二次分块划分的部分数分别为5、4、3、2、1。
10.如权利要求6所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述第二次分块中的自定义比率划分部分数为将过所述分界点的垂直于贝塞尔曲线的平面圆周按角度划分为设定的部分数。
11.如权利要求10所述左心室的自动分块方法，其特征在于，所述平面圆周划分为等比例划分。
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