CN105096270B - 一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法 - Google Patents
一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法,本发明的具体步骤分为六步:在步骤S1中,开始,在步骤S2中,读取患者平扫CT和增强CT影像数据;在步骤S3中,针对平扫影像数据进行钙化斑块识别;在步骤S4中,在增强CT影像上进行冠脉分割和重建三维冠脉模型;在步骤S5中,对钙化斑块和冠脉网格的两个三维空间进行校准,放在同一个坐标系中;最后得到的网格即为去除钙化斑块的冠脉血流三维图像模型;进入步骤S6,结束。本发明通过对比平扫CT和增强CT,从而在增强CT的冠脉三维模型中去除平扫识别的钙化斑块,获得精确的冠脉三维血液形态模型;为临床的狭窄评估和流体力学的血液动力分析提供支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种钙化斑块去除方法,尤其涉及一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法。
背景技术
与本发明最接近的技术是基于医学影像的血管图像分割技术,其原理是使用生长算法,按像素的灰度范围进行血管分割,从而获得三维图像模型。为了更好地进行图像分割,这类算法主要基于增强的CT(扫描前患者静脉注射使得血液在X光下亮度增高的造影剂),按照增强亮度的血液灰度值范围从周围组织中,利用区域生长算法,进行冠脉分割和三维图像重建。
现有技术不能很好的处理钙化斑块。按美国心脏病协会,根据CT值(组织对于X光的吸收率,CT值的单位是Hu)对斑块进行分型,将斑块分为:软斑块(CT值<50HU);纤维斑块(CT值50HU-130HU);钙化斑块(CT值>130HU),其中软斑块和纤维斑块统称为非钙化斑块。而在增强的CT图像中,血液的CT值范围在150~500HU,与钙化斑块的灰度范围重叠。这样,依靠灰度(与CT是线性正向关系,可以相互换算)范围是不可能把钙化斑块精确的分离出来。
另外,按医学统计,钙化斑块按灰度的体积分布是:大于400HU的占比只有10%,小于200HU的占比大约50%。也是说,按灰度阈值,对于一个钙化斑块,大约一半以上的体积是不能从血液中分割出来。这将造成冠脉三维重建的不准确性。特别是钙化斑块通常造成狭窄,没有完整去除钙化斑块的血管降造成血管狭窄程度测量的误差。对临床而言,错误的狭窄程度估计可能造成误论。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处,本发明提供了一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法。
为了解决以上技术问题,本发明采用的技术方案是:一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法,本发明的具体步骤为:
在步骤S1中,开始,进入步骤S2;
在步骤S2中,读取患者平扫CT和增强CT影像数据;在具体CT扫描时同时完成两种扫描或者分时段进行;分时段,要求两种扫描的体位和扫描角度是一致的;然后分别在影像数据上选择A、B、C三个校准点;校准点用来校准两个不同的影像数据到同一坐标空间中;校准点选择左冠入口、右冠入口和左冠第一个分叉点或其他分叉点;
所述校准点也可以选择其他点,能够形成三角形,独立标志一个三维坐标系即可;
记录下校准点的坐标,对平扫CT和增强CT的三个校准点分别记为A1、B1、C1和A2、B2、C2;用于步骤S5中坐标转换;
然后进入步骤S3和S4;
在步骤S3中,针对平扫影像数据进行钙化斑块识别;在平扫下,钙化斑块的灰度值大于130HU,与骨骼灰度值一样,而周围的组织的灰度值都小于130HU,灰度值与高亮度钙化斑块有明显区别,进而发现和识别钙化斑块,生成钙化斑块的空间像素点集合;然后进入步骤S5;
钙化斑块识别出来的要点为:
(1)、坐标系中限定心脏区间,排除骨骼的干扰;
(2)、寻找区间内所有CT值,按灰度值转换,大于130HU的像素点;
(3)、按是否相邻对这些像素点进行分块;
(4)、分块面积大于3个像素点的斑块标志为一个钙化斑块。
在三维坐标系中,四个像素点的钙化斑块分别标注为D1、D2、D3、D4;
针对个体差异,钙化斑块的CT阈值需要在80-140HU之间进行一些调整,未成年人的阈值低一些;冠心病患者,年龄50岁以上的,130HU是合理的阈值;
完成所有钙化斑块识别后进入步骤S5;
在步骤S4中,在增强CT影像上进行冠脉分割和重建三维冠脉模型;
然后对生长完成的图像进行网格化处理;
然后进入步骤S5;
在步骤S5中,对钙化斑块和冠脉网格的两个三维空间进行校准,放在同一个坐标系中;把钙化斑块放到冠脉网格坐标系中的方法如下:
(1)、按步骤S2,得到钙化斑块的校准点A1、B1、C1;冠脉网格的校准点A2、B2、C2;
(2)、钙化斑块坐标系平移,使得A1的坐标转化成A2即A1=A2;
(3)、钙化斑块坐标系旋转,使得向量A1B1与A2B2重合;
(4)、钙化斑块坐标系旋转,围绕A2B2,使得向量A1C1与A2C2重合;
至此,把钙化斑块中像素的坐标都转化到了冠脉网格的坐标系中;然后遍历钙化斑块中的像素,如果该像素在冠脉的某网格中,去除该网格;最后得到的网格即为去除钙化斑块的冠脉血流三维图像模型;
进入步骤S6,结束。
本发明通过对比平扫CT和增强CT,从而在增强CT的冠脉三维模型中去除平扫识别的钙化斑块,获得精确的冠脉三维血液形态模型;为临床的狭窄评估和流体力学的血液动力分析提供支持。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明流程图。
图2为在影像数据上选择A、B、C三个校准点的示意图。
图3为血管中高亮度钙化斑块的示意图。
图4为在三维坐标系中,四个像素点的钙化斑块(D1,D2,D3,D4)的示意图。
图5为生长完成的图像网格化示意图。
图6为钙化斑块的校准点A1、B1、C1;冠脉网格的校准点A2、B2、C2的示意图。
图7为钙化斑块坐标系平移,使得A1的坐标转化成A2(即A1=A2)的示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明的具体步骤为:
在步骤S1中,开始,进入步骤S2;
在步骤S2中,读取患者平扫CT和增强CT影像数据;在具体CT扫描时,可以同时完成两种扫描,或者分时段进行。如果分时段,要求两种扫描的体位和扫描角度是一致的。然后分别在影像数据上选择A、B、C三个校准点。校准点用来校准两个不同的影像数据到同一坐标空间中。校准点可以选择左冠入口、右冠入口和左冠第一个分叉点(左前降支和左回旋支的分叉点)或其他分叉点,见图2箭头标注的A、B和C点。当然,校准点也可以选择其他点,只要能够形成三角形,独立标志一个三维坐标系即可。记录下校准点的坐标,对平扫CT和增强CT的三个校准点分别记为A1、B1、C1和A2、B2、C2。以便用于步骤S5中坐标转换。
然后进入步骤S3和S4;
在步骤S3中,针对平扫影像数据进行钙化斑块识别。在平扫下,钙化斑块的灰度值大于130HU,与骨骼灰度值一样。而周围的组织的灰度值都小于130HU,灰度值与高亮度钙化斑块1有明显区别(如图3所示)。进而发现和识别钙化斑块,生成钙化斑块的空间像素点集合;然后进入步骤S5;
按照如下规则将心脏的所有钙化斑块识别出来:
(1)、坐标系中限定心脏区间,排除骨骼的干扰。
(2)、寻找区间内所有CT值(按灰度值转换)大于130HU的像素点。
(3)、按是否相邻对这些像素点进行分块。
(4)、分块面积大于3个像素点(即该块至少包含3各像素点)的块标志为一个钙化斑块。
在三维坐标系中,四个像素点的钙化斑块(D1、D2、D3、D4),如图4所示,示例如下:
针对个体差异,钙化斑块的CT阈值需要进行一些调整(在80-140HU之间),未成年人的阈值低一些。如果针对冠心病患者,通常年龄偏大(50岁以上),130HU是合理的阈值。
完成所有钙化斑块识别后进入步骤S5;
在步骤S4中,在增强CT影像上进行冠脉分割和重建三维冠脉模型。冠脉分割可以采用生长算法实现(见专利“一种冠脉三维图像分割方法”(申请号:201510363154.1)。
然后对生长完成的图像进行网格化处理,即把三维图像(像素点组成的空间图像)划分成很多小的单元(单元称为网格,形状可以是四面体,五面体,六面体,三棱柱等等);网格的大小可以按所需的图像三维建模精确度进行定义,即如果对三维图像建模要求更高的精确度,可以使用更小的网格;基于目前CT扫描的精度和冠状动脉血管的直径,可以选择0.2mm或0.3mm左右边长的四面体或多面体;如图5所示。
然后进入步骤S5;
在步骤S5中,对钙化斑块和冠脉网格的两个三维空间进行校准,放在同一个坐标系中。一个具体的把钙化斑块放到冠脉网格坐标系中的方法如下:
(1)、按步骤S2,得到钙化斑块的校准点A1、B1、C1;冠脉网格的校准点A2、B2、C2;如图6所示。
(2)、钙化斑块坐标系平移,使得A1的坐标转化成A2(即A1=A2);如图7所示。
(3)、钙化斑块坐标系旋转,使得向量A1B1与A2B2重合;如图7所示。
(4)、钙化斑块坐标系旋转(围绕A2B2),使得向量A1C1与A2C2重合;如图7所示。
这样,就把钙化斑块中像素的坐标都转化到了冠脉网格的坐标系中。然后遍历钙化斑块中的像素,如果该像素在冠脉的某网格中,去除该网格。最后得到的网格即为去除钙化斑块的冠脉血流三维图像模型。进入步骤S6;
步骤S6,结束。
上述实施方式并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种冠脉三维重建中的钙化斑块去除方法,其特征在于:具体步骤为:
在步骤S1中,开始,进入步骤S2;
在步骤S2中,读取患者平扫CT和增强CT影像数据;在具体CT扫描时同时完成两种扫描或者分时段进行;分时段,要求两种扫描的体位和扫描角度是一致的;然后分别在影像数据上选择A、B、C三个校准点;校准点用来校准两个不同的影像数据到同一坐标空间中;校准点选择左冠入口、右冠入口和左冠第一个分叉点或其他分叉点;
所述校准点也可以选择其他点,能够形成三角形,独立标志一个三维坐标系即可;
记录下校准点的坐标,对平扫CT和增强CT的三个校准点分别记为A1、B1、C1和A2、B2、C2;用于步骤S5中坐标转换;
然后进入步骤S3和S4;
在步骤S3中,针对平扫影像数据进行钙化斑块识别;在平扫下,钙化斑块的灰度值大于130HU,与骨骼灰度值一样,而周围的组织的灰度值都小于130HU,灰度值与高亮度钙化斑块有明显区别,进而发现和识别钙化斑块,生成钙化斑块的空间像素点集合;然后进入步骤S5;
钙化斑块识别出来的要点为:
(1)、坐标系中限定心脏区间,排除骨骼的干扰;
(2)、寻找区间内所有CT值,按灰度值转换,大于130HU的像素点;
(3)、按是否相邻对这些像素点进行分块;
(4)、分块面积大于3个像素点的斑块标志为一个钙化斑块;
在三维坐标系中,四个像素点的钙化斑块分别标注为D1、D2、D3、D4;
针对个体差异,钙化斑块的CT阈值需要在80-140HU之间进行一些调整,未成年人的阈值低一些;冠心病患者,年龄50岁以上的,130HU是合理的阈值;
完成所有钙化斑块识别后进入步骤S5;
在步骤S4中,在增强CT影像上进行冠脉分割和重建三维冠脉模型;
冠脉分割采用生长算法实现;
然后对生长完成的图像进行网格化处理,生长完成的图像指冠脉模型;
然后进入步骤S5;
在步骤S5中,对钙化斑块和冠脉网格的两个三维空间进行校准,放在同一个坐标系中;把钙化斑块放到冠脉网格坐标系中的方法如下:
(1)、按步骤S2,得到钙化斑块的校准点A1、B1、C1;冠脉网格的校准点A2、B2、C2;
(2)、钙化斑块坐标系平移,使得A1的坐标转化成A2即A1=A2;
(3)、钙化斑块坐标系旋转,使得向量A1B1与A2B2重合;
(4)、钙化斑块坐标系旋转,围绕A2B2,使得向量A1C1与A2C2重合;
至此,把钙化斑块中像素的坐标都转化到了冠脉网格的坐标系中;然后遍历钙化斑块中的像素,如果该像素在冠脉的某网格中,去除该网格;最后得到的网格即为去除钙化斑块的冠脉血流三维图像模型;
进入步骤S6,结束。
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