CN107978001B - 一种重建心脏ct图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种重建心脏CT图像的方法和装置，其中，所述方法包括：获取心脏周期性的心电信号数据；根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像。采用本申请提供的重建心脏CT图像的方法，可以高效且精确地重建被检体的心脏冠状脉图像，提高心脏重建CT图像的质量，为医生准确地进行心脏疾病诊断提供清晰的影像资料。

Description

一种重建心脏CT图像的方法和装置

技术领域

本申请涉及医疗图像处理技术领域，特别涉及一种重建心脏CT图像的方法和装置。

背景技术

回顾性心电门控技术主要应用在心脏的冠状动脉成像上，采用螺旋CT连续扫描方式，同时获取被检体的心脏体积数据及对应的心电信号；然后根据所述心电信号选择R-R间期的特定心动时相，依据上述特定心动时相对应的扫描数据重建心脏的CT图像。

在上述心脏CT图像重建过程中，从R-R间期选择的心动时相区域，决定了重建图像质量的好坏。相关技术中，医疗工作人员一般通过肉眼观察方式或者经验判断方式在心电图中选择合适的心动时相区域作为图像重建区域。然而，由于心电图的显示区域有限，医疗工作人员经常需要花费大量时间和精力从上述心电图中确定合适的心动时相区域作为图像重建区域，导致图像重建效率低，而且因为人工判断方式导致确定的图像重建区域不够精确，影响心脏的重建图像质量，进而影响医生进行心脏疾病诊断的准确性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种重建心脏CT图像的方法和装置，以提高心脏图像重建区域的准确性，提高心脏扫描成像质量。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：一方面，提供了重建心脏CT图像的方法，所述方法包括：获取心脏的周期性心电信号数据；

根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像。

相应的，提供了一种重建心脏CT图像的装置，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取心脏的周期性心电信号数据；

矩阵映射模块，用于根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

目标时相区域确定模块，用于采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

图像重建模块，用于根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

采用本申请提供的重建心脏CT图像的方法，在分析心电信息选择图像重建区域时，采用计算机技术自动从心电信号数据中选择适合重建心脏舒张期CT图像的目标心动时相区域，精确确定目标心动时相区域的位置，进而根据该目标心动时相区域对应的扫描生数据，高效且精确地重建被检体的心脏冠状脉图像，提高心脏重建CT图像的质量，为医生准确地进行心脏疾病诊断提供清晰的影像资料。

附图说明

图1示出了相关技术中心电图的示意图；

图2是本申请一个例子中示出的一种重建心脏CT图像的方法流程图；

图3是本申请一个例子中示出的对周期性心电信号数据进行划分的示意图；

图4是图2所示步骤12的流程图；

图5是本申请一个例子中示出的映射二维矩阵的示意图；

图6是图2所示步骤13的流程图；

图7是本申请一个例子中示出的对心电周期矩阵进行窗口检测的示意图；

图8是本申请一个例子中示出的一种实现重建心脏CT图像的装置的结构图；

图9是本申请一个例子中示出的一种重建心脏CT图像的装置框图；

图10是图9所示矩阵映射模块22的结构框图；

图11是图10所示初建子模块221的结构框图；

图12是图9所示目标时相区域确定模块23的结构框图。

具体实施方式

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请提供的重建心脏CT图像的方法主要应用在基于回顾性心电门控技术重建心脏冠脉CT图像。

其中，回顾性心电门控技术，是指螺旋CT如MSCT(Multislice CT，多层螺旋CT)对被检体一次屏气时间内的整个心脏容积进行快速连续扫描，采集扫描生数据，同步记录被检体的心电信号，从而同时获取两类数据即被检体的心电信号数据和心脏体积的CT扫描生数据。然后，在进行图像重建时，回顾性地分析心电信号重建心脏的CT图像，即，可以回顾性地根据心电信号选择R-R间期的任意心动时相重建冠状动脉图像，以使在不同心动时相下的冠状动脉都能得到最佳显示。其中，心电信号的心动时相表示了心电信号的波动相位随时间的变化关系。

鉴于心脏的周期搏动特性，为了获得高质量的心脏CT图像，在图像重建过程中，一般选择表示心脏舒张期的心动时相区域对应的扫描生数据，进行图像重建，上述表示心脏舒张期的心动时相区域在心电图中反映为一个心电周期内心动信号平稳区域T，如图1所示。

可见，心动时相区域的选取决定了重建心脏CT图像的质量。基于此，本申请提供了一种重建心脏CT图像的方法，如图2所示，包括：

步骤11、获取心脏的周期性心电信号数据；

临床对被检体的心脏进行CT扫描时，螺旋CT放线范围内记录的被检体的心电图信号中，一般包括若干个心动周期信号比如包括5到6个心动周期信号。本申请实施例中，可以按照图1所示的R-R间期作为一个心动周期，将被检体的心电信号数据划分为若干组心电信号数据。其中，R-R间期是指心电信号数据中相邻两个R波之间的时长，一般反映的是心室电复律的时长，也就是心脏每波动一次所需的时间长度。参照图3示出的对周期性心电信号数据进行划分的示意图，可以根据R-R间期将图3所示的心电信号数据划分为4组心电信号数据。

步骤12、根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

参照图4一个例子中示出的步骤12实施方式的流程图，包括：

步骤121、根据所述心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量；

其中，二维矩阵的元素数量是指该二维矩阵包括的矩阵元素的数量，示例性的，一个3行×3列的二维矩阵，共由9个矩阵元素组成，即该二维矩阵的元素数量为9。

本申请实施例中，可以根据整个R-R间期对应的心电信号数据的采样间隔和数值区间，确定待映射的二维矩阵的元素数量。

在另一实施例中，考虑到要获取的目标心动时相区域为心动比较平稳的区域，可以截取R-R间期的部分心电信号数据，以此部分心电信号数据为依据，确定待映射二维矩阵的元素数量，其中，该部分心电信号数据至少包括心脏舒张期的心动时相对应的信号数据。

本申请实施例，可以采用以下至少两种方式确定待映射二维矩阵的元素数量。

第一种方式，根据原始心电信号数据的采样间隔确定待映射二维矩阵的元素数量。

根据相关医学知识，可以依据记录心电信号时的原始采样间隔和心电信号数值的最大变化区间确定待映射二维矩阵的元素数量。

第二种方式，对原始心电信号数据进行二次采样，根据二次采样的采样间隔确定待映射二维矩阵的元素数量。

考虑到原始心电信号数据的采样率一般较高，即原始采样间隔较小，采集的心电信号数据的数据量较大。如果按照原始心电信号数据映射二维矩阵，将导致二维矩阵的数据量过大，影响后续数据处理效率。基于此，本申请实施例在构建二维矩阵之前，可以首先对上述原始心电信号数据按照预设采样间隔进行二次采样，在保证心电信号曲线预设分辨率的情况下，对原始心电信号数据进行数据抽取，通过对原始心电信号数据的二次采样处理，减少心电信号数据的数据量。之后，再根据二次采样后的心电信号数据的采样间隔和心电信号数值的最大变化区间，确定上述待映射二维矩阵的元素数量。由于二次采样的采样间隔会大于原始采样间隔，因此，可以有效减少二维矩阵的元素数量，进而减小后续数据处理的计算量，提高数据处理效率。

根据上述方法确定的二维矩阵的列数对应心电信号数据的采样点数，上述采样点数等于心电信号的时间范围与采样间隔的比值。上述二维矩阵的行数大于等于最大数值区间与心电信号数据纵坐标的单位刻度值的比值。

步骤122、根据所述心电信号数据对应采样点的位置，对所述待映射二维矩阵进行赋值，获得心电周期矩阵。

具体地，可以将所述心电信号数据的采样点映射的矩阵元素赋值为第一数值；将所述待映射矩阵中的剩余元素赋值为第二数值，获得由第一数值和第二数值构成的矩阵，即心电周期矩阵。

参见图5一个例子中示出的映射二维矩阵的示意图，可以将心电信号数据的采样点映射的矩阵元素，赋值为1；将剩余的二维矩阵元素，赋值为0，形成如图5所示的心电周期矩阵。

此处需要说明的是，本申请对第一数值、第二数值的具体数值并限定为1、0，也可以采用其他数值或字母表示，比如，第一数值表示为A，第二数值表示为B等，能区分心电信号的有无即可。

步骤13、采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

其中，上述检测窗口的预设时相宽度根据CT扫描获取的生数据相关参数确定。相关技术中，依据该检测窗口对应的扫描生数据，可以完整重建心脏冠状动脉的CT图像。

下面参照图6示出的重建心脏CT图像的流程图，并结合图7示出的对心电周期矩阵进行窗口检测的示意图，对步骤13进行详细说明。上述步骤13可以包括：

步骤131、采用预设时相宽度的检测窗口，按照预设平移步长遍历所述心电周期矩阵；其中，所述平移步长表示检测窗口每前进一步后，当前检测窗口相对于前一检测窗口的平移距离。

本申请实施例中，检测窗口可以覆盖矩阵中的所有行，覆盖预设时相宽度映射的预设列数，比如10列。假设上述心电周期矩阵的大小为：50行×100列，则上述检测窗口覆盖的矩阵区域大小为：50行×10列。

在矩阵检测过程中，可以按照预设平移步长对上述心电周期矩阵进行窗口检测。上述预设平移步长越小，检测精度越高。本申请实施例中，可以在平衡检测精度和数据处理效率的情况下，选择合适的平移步长，比如每次平移3列。图7所示的示意图，是按照每次平移1列的步长遍历整个心电周期矩阵进行窗口检测，从而获取精确的检测结果。

步骤132、统计每一次平移后，所述检测窗口覆盖的矩阵区域内包含目标行的数量，其中，所述目标行是指在所述检测窗口覆盖的矩阵区域内，组成该行的矩阵元素中至少有一个矩阵元素的所述赋值表示记录有心电信号数据，或者，组成该行的每一个矩阵元素的所述赋值均表示未记录心电信号数据；

如图7所示，在检测窗口逐列遍历上述心电周期矩阵的过程中，统计每一次平移后，上述检测窗口覆盖区域内包含目标行的数量。

具体实施过程中，可以根据检测窗口的移动方向，对每一个位置处的检测窗口进行编号，然后统计每一个编号的检测窗口包含的目标行的数量。

步骤133、根据每个检测窗口包含所述目标行的数量，确定目标心动时相区域。

本申请实施例中，可以通过对目标行数量的统计，进行目标检测窗口位置的判断。

例如，当目标行是指在所述检测窗口覆盖的矩阵区域内，组成该行的矩阵元素中至少有一个矩阵元素的赋值表示记录有心电信号数据时，则步骤133的实施过程为:比较每个检测窗口中包含目标行的数量；将包含最少目标行的检测窗口确定为目标检测窗口；将上述目标检测窗口的位置和宽度在上述心电信号数据中的映射区域，确定为目标心动时相区域。图7所示示意图中，经过比较可知，包含最少目标行的检测窗口100为目标检测窗口。将目标检测窗口100的宽度M在对应的心电信号数据中映射的心动时相区域T确定为目标心动时相区域。

同理，若组成该行的每一个矩阵元素的所述赋值均表示未记录心电信号数据，则步骤133的实施过程为:

比较每个检测窗口中包含目标行的数量；将包含最多目标行的检测窗口确定为目标检测窗口；将上述目标检测窗口的位置和宽度在上述心电信号数据中的映射区域，确定为目标心动时相区域。如图7所示，目标行中所有元素均为0，将包含最多目标行的检测窗口100的宽度M在心电信号数据中映射的心动时相区域T确定为目标心动时相区域。

步骤14、根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像。

如上所述，采用回顾性心电门控技术进行CT扫描后，获得的扫描生数据与记录的被检体的心电信号相对应，因此，可以利用相关技术，根据心电信号中的部分心电信息对应的扫描生数据，重建上述心动时相下的心脏CT图像。

相较于现有技术，本申请采用计算机技术，自动识别心电信号数据中适合重建心脏CT图像的目标心动时相区域，可以精确确定目标心动时相区域的位置，进而根据该目标心动时相区域对应的CT扫描生数据精确重建被检体的心脏冠状脉图像，提高心脏重建CT图像的质量，为医生可以准确地进行心脏疾病诊断提供参考依据。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

上述重建心脏CT图像的方法，可以由医学图像采集系统如CT控制设备执行，该控制设备的结构可以参见图8所示的示意图。如图8所示，控制设备可以包括处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、机器可读存储介质(memory)830、总线840。处理器810、通信接口820、机器可读存储介质830可通过总线840完成相互间的通信。

其中，机器可读存储介质830中可以存储有重建心脏CT图像的控制逻辑对应的机器可执行指令。该机器可读存储介质例如可以是非易失性存储器(non-volatile memory)。处理器810可以调用执行机器可读存储介质830中的重建心脏CT图像的控制逻辑对应的机器可执行指令，以执行上述重建心脏CT图像的方法。例如，该重建心脏CT图像的控制逻辑对应的机器可执行指令，可以是图像采集系统的控制软件的部分功能对应的程序，在处理器执行该指令时，控制设备可以对应的在显示界面上显示该指令对应的功能界面。

重建心脏CT图像控制逻辑对应的机器可执行指令的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，上述重建心脏CT图像的逻辑指令，可以称为“重建心脏CT图像的装置”，该装置可以划分成各个功能模块。

参照图9所示，为一个例子中示出的一种重建心脏CT图像的装置框图，可以包括以下模块：

数据获取模块21，用于获取心脏的周期性心电信号数据；

矩阵映射模块22，用于根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

目标时相区域确定模块23，用于采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

图像重建模块24，用于根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像。

参照图10所示，所述矩阵映射模块22还可以包括：

初建子模块221，用于根据所述心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量；

赋值子模块222，用于根据所述心电信号数据对应采样点的位置，对所述待映射二维矩阵进行赋值，获得心电周期矩阵。

进一步参照图11所示，所述初建子模块221可以进一步包括：

二次采样单元2211，用于对原始的心电信号数据按照预设采样间隔进行二次采样；

元素数量确定单元2212，用于根据二次采样后的心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量。

进一步参照图12所示，所述目标时相区域确定模块23还可以包括：

遍历子模块231，用于采用预设时相宽度的检测窗口，按照预设平移步长遍历所述心电周期矩阵；

在本申请一实施例中，上述遍历子模块231可以采用预设时相宽度的检测窗口，逐列遍历所述心电周期矩阵。

统计子模块232，用于统计每一次平移后，所述检测窗口覆盖的矩阵区域内包含目标行的数量，其中，所述目标行是指在所述检测窗口覆盖的矩阵区域内，组成该行的矩阵元素中至少有一个矩阵元素的所述赋值表示记录有心电信号数据，或者，组成该行的每一个矩阵元素的所述赋值均表示没有记录心电信号数据；

目标区域确定子模块233，用于根据每个所述检测窗口包含所述目标行的数量，确定目标心动时相区域。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种重建心脏CT图像的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取心脏的周期性心电信号数据；

根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像；

所述采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域，包括：

采用预设时相宽度的检测窗口，按照预设平移步长遍历所述心电周期矩阵；

统计每一次平移后，所述检测窗口覆盖的矩阵区域内包含目标行的数量，其中，所述目标行是指在所述检测窗口覆盖的矩阵区域内，组成该行的矩阵元素中至少有一个矩阵元素的赋值表示记录有心电信号数据，或者，组成该行的每一个矩阵元素的赋值均表示没有记录心电信号数据；

根据每个检测窗口包含所述目标行的数量，确定目标心动时相区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵，包括：

根据所述心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量；

根据所述心电信号数据对应采样点的位置，对所述待映射二维矩阵进行赋值，获得心电周期矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量，包括：

对原始的心电信号数据按照预设采样间隔进行二次采样；

根据二次采样后的心电周期心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量。

4.一种重建心脏CT图像的装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取模块，用于获取心脏的周期性心电信号数据；

矩阵映射模块，用于根据所述心电信号数据映射二维矩阵，获得心电周期矩阵；

目标时相区域确定模块，用于采用预设时相宽度的检测窗口遍历所述心电周期矩阵，确定目标心动时相区域；

图像重建模块，用于根据所述目标心动时相区域对应的CT扫描生数据，重建心脏CT图像；

所述目标时相区域确定模块包括：

遍历子模块，用于采用预设时相宽度的检测窗口，按照预设平移步长遍历所述心电周期矩阵；

统计子模块，用于统计每一次平移后，所述检测窗口覆盖的矩阵区域内包含目标行的数量，其中，所述目标行是指在所述检测窗口覆盖的矩阵区域内，组成该行的矩阵元素中至少有一个矩阵元素的赋值表示记录有心电信号数据，或者，组成该行的每一个矩阵元素的赋值均表示没有记录心电信号数据；

目标区域确定子模块，用于根据每个检测窗口包含所述目标行的数量，确定目标心动时相区域。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述矩阵映射模块包括：

初建子模块，用于根据所述心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量；

赋值子模块，用于根据所述心电信号数据对应采样点的位置，对所述待映射二维矩阵进行赋值，获得心电周期矩阵。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述初建子模块包括：

二次采样单元，用于对原始的心电信号数据按照预设采样间隔进行二次采样；

元素数量确定单元，用于根据二次采样后的心电信号数据确定待映射二维矩阵的元素数量。

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