CN108814633A - 数字减影血管造影方法、计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数字减影血管造影方法、计算机可读存储介质，方法包括：获取纯血管图像；对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片；将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，获取同时包含解剖结构和血管的图像。本发明能够减少病人的辐射量(不需要多次采集)，同时减少病人的看病成本(减少对CT和MR的依赖)；进一步的，还能在介入手术中明确当前导丝和导管的具体位置和前进的方向。本发明只要在移动C型臂上进行一次采集就能实现血管影像和背景结构同时显示，可以根据实际情况完全显示背景解剖结构，更好的满足实际临床需求。
Description
技术领域
本发明涉及数字图像处理领域，具体说的是医学数字影像处理领域中的一种数字减影血管造影方法、计算机存储介质。
背景技术
现有的数字减影血管造影方法中，为了突出血管影像，会将图像中的骨骼和软组织等结构除去，整幅图像就只剩下被造影剂充盈的血管，并可以动态显示血液流动情况，这样就可以清晰的显示病灶。
但是在实际手术过程中，有时候需要通过部分骨骼和软组织进行定位，此时既需要看到清晰的血管，也要看到部分的背景组织；同时还有根据手术部位的不同来调节背景组织的显示比例的需求。
为了解决上述问题，本发明提出了一种运用于数字减影系统中的数字减影血管造影方法、计算机存储介质，能够同时对解剖结构进行显示与调节。能够在不影响血管影像的情况下，根据实际需求，决定是否显示背景组织，并对其显示部位进行调整，并且背景组织可以清晰分辨，最终结果满足临床需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种数字减影血管造影方法、计算机存储介质，能够在不影响血管影像的情况下，实现对解剖结构进行显示与调节。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种数字减影血管造影方法，包括：
获取纯血管图像；
对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片；
将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，获取同时包含解剖结构和血管的图像。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器读取时，能执行上述方法所包含的步骤。
本发明的有益效果在于：在不影响血管影像的情况下，支持自定义选择是否同时显示对应的解剖结构，这样既能看到清晰的血管，又能看到附近骨骼和软组织，方便病灶的定位。进一步的，还能依据实际需求，调节背景组织(解剖结构)的显示清晰度，以便更好的满足临床需求。本发明还能减少病人的辐射剂量(不需要多次采集)，同时减少病人的看病成本(减少对CT和MR的依赖)。
附图说明
图1为本发明的数字减影血管造影方法的流程示意图；
图2为本发明的原始蒙片示意图；
图3为本发明的原始充盈片示意图；
图4为本发明减影后得到的纯血管图像示意图；
图5为本发明实施例一中对原始充盈片进行亮度线性调整后的效果示意图；
图6为本发明实施例一中对图5得到的充盈片进行log变换后的效果示意图；
图7为本发明实施例一中对图6得到的充盈片进行图像增强后的效果示意图；
图8为本发明实施例一中对图6得到的充盈片进行S曲线拉伸后的效果示意图；
图9为本发明实施例一中对图7得到的充盈片进行S曲线拉伸后的效果示意图；
图10为本发明实施例一中未进行图像增强处理得到的解剖组织图像分别依据30％(左上)、50％(右上)、70％(左下)以及100％(右下)的显示比例与纯血管图像进行叠加的效果示意图；
图11为本发明实施例一中进行图像增强处理后得到的解剖组织图像分别依据30％(左上)、50％(右上)、70％(左下)以及100％(右下)的显示比例与纯血管图像进行叠加的效果示意图；
图12为本发明实施例一的流程示意图；
图13为本发明实施例二中的原始充盈片(左边圆圈区域)和原始蒙片(右边圆圈区域)；
图14为本发明实施例二中原始充盈片进行直方图规定化后的效果示意图；
图15为本发明实施例二中对图14的结果进行S曲线拉伸后再进行反相的效果示意图；
图16为本发明实施例二中将处理得到的解剖组织图像以50％的显示比例与纯血管图像进行叠加后的效果示意图；
图17为本发明实施例二的流程示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：对原始充盈片进行处理，获取背景结构图，并与纯血管图像按照比例进行叠加显示，实现背景结构图显示清晰度的自定义控制。
请参照图1，本发明提供一种数字减影血管造影方法，包括：
获取纯血管图像；
对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片；
将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，获取同时包含解剖结构和血管的图像。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：能够通过纯血管图像突出血管的影像，获取动态显示血液流动的情况，清晰的显示出病灶；同时，还能通过对原始充盈片进行处理获取解剖结构图像，在实际手术过程中，满足需要部分骨骼和软组织进行定位的需求，便可既能看到清晰的血管，也能看到部分的背景组织；进一步的，还能够结合纯血管图像，依据二者的显示比例调节解剖结构图像的显示清晰度，实现根据手术部位的不同来调节背景组织的显示比例，满足临床需求。
进一步的，所述纯血管图像以及原始充盈片的数量为多张；所述多张的纯血管图像以及原始充盈片在一连续的时间段获取，并依据获取的时间先后顺序排列；
所述方法还包括：
获取对应所述时间段，按照时间先后顺序排列的同时包含解剖结构和血管的图像集群。
由上述描述可知，不需要多次采集确认病灶及周围组织情况，而且在低剂量情况下，就能明确当前导丝和导管的具体位置和前进的方向，更好的满足临床需求。
进一步的，所述对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片，具体为：
对原始充盈片依次进行亮度线性调整、log亮度调整以及S曲线拉伸，得到第一充盈片。
由上述描述可知，通过上述的图像处理，便可凸显出包括骨骼和软组织的解剖背景图像，帮助明确身体结构。
进一步的，所述S曲线拉伸之前，还包括：
是否接收到进行图像增强的指令；
若是，则在进行所述S曲线拉伸之前，对经过所述log亮度调整后的充盈片进行金字塔图像增强处理。
由上述描述可知，通过金字塔图像实现图像的边缘增强，同时又能抑制图像噪声。
进一步的，所述S曲线拉伸，具体为：
选取组织和骨骼的交界处为S曲线拐点；
在靠近所述拐点的区域进行灰度值拉升，在远离所述拐点的区域进行灰度值压缩。
由上述描述可知，通过S曲线拉伸，凸显出软组织与骨骼的交界区域，更有利于身体部位的定位。
进一步的，所述获取纯血管图像，具体为：
对原始蒙片和原始充盈片分别进行log变换处理后相减，得到纯血管图像。
进一步的，所述对原始蒙片和原始充盈片分别进行log变换处理后相减，得到纯血管图像，具体为：
对原始蒙片进行log变换处理，得到处理后蒙片；
对原始充盈片进行log变换处理，得到处理后充盈片；
所述处理后蒙片与所述处理后充盈片相减，得到第一血管图像；
对所述第一血管图像进行直方图规定化处理，得到第二血管图像；
对所述第二血管图像进行S曲线拉伸，得到纯血管图像。
由上述描述可知，能够突出血管影像，将图像中的骨骼和软组织的结构除去，整幅图像就只剩下被造影剂充盈的血管，并可以动态显示血液流动情况，这样就可以清晰的显示病灶。
进一步的，所述对所述第二血管图像进行S曲线拉伸，得到纯血管图像，具体为：
对第二血管图像进行S曲线拉伸后，再进行边缘增强和降噪处理，得到纯血管图像。
由上述描述可知，对纯血管图像同样进行图像增强和降燥处理，以获取最佳的血管显示效果，方便用户查阅。
进一步的，所述将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，具体为：
获取预设的对应所述纯血管图像的第一显示比例和对应所述第一充盈片的第二显示比例，所述第一显示比例与第二显示比例之和为百分百；
依据第一显示比例和第二显示比例对所述纯血管图像和所述第一充盈片进行叠加。
由上述描述可知，能够通过对二者显示比例的配置实现自定义调节血管图像和背景组织图像的显示清晰度，以便快速获取所需显示效果。
本发明提供的另一个技术方案为：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器读取时，能执行上述方法所包含的步骤。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：同时提供对应实现上述数字减影血管造影方法的计算机程序，能够通过处理器的读取而实现对应的效果。
实施例一
请参照图2至图12，本实施例提供一种数字减影血管造影方法，支持纯血管图像的获取，以及对应骨骼和软组织的背景解剖结构图像的获取；既能看到清晰的血管，又能依据骨骼和软组织进行具体部位的定位；进一步的，还能根据手术部位的不同灵活的调节背景解剖图像的显示清晰度，更好的满足临床需求。
请参阅图12，所述方法包括：
S1：获取纯血管图像。
该步骤为图像减影过程。其中，将造影剂进入血管前的图像作为原始蒙片(如图2所示)，将造影剂进入血管后的图像作为原始充盈片(如图3所示)，需要说明的是，为了方便观察，已经对图2和图3进行一定的处理(例如拉伸)，实际图像是全黑的。
具体的，该步骤可以包括下述子步骤：
S11：获取原始蒙片和原始充盈片(如图2和图3所示)，分别进行log变换，使骨骼和组织对血管灰度影响最小，然后相减获得只包含血管的图像，如图4所示。
具体的，通过对原始蒙片进行log变换处理，得到处理后蒙片；对原始充盈片进行log变换处理，得到处理后充盈片；然后将所述处理后蒙片与所述处理后充盈片相减，得到第一血管图像。
其中的log变换相减，具体为分别计算图像中的最大值和最小值，对最小值乘以相应的权值进行修正，然后在最大值和修正的最小值之间的区域进行log拉伸，最后映射到0到65535的区间范围内。
S12：对血管图像进行直方图规定化，保证血管部分灰度级自然变换。然后进行S曲线拉伸(如图4)。
具体的，通过对所述第一血管图像进行直方图规定化处理，得到第二血管图像；对所述第二血管图像进行S曲线拉伸，得到纯血管图像。
其中的S曲线拉伸，指的是拉伸图像直方图的低灰度，而对于高灰度进行压缩。
优选的，在对进行S曲线拉伸后，还将进行边缘增强和降噪处理(该图像增强处理与后续的金字塔增强处理不同)，以进一步优化图像处理效果，获取最佳的纯血管图像。
通过S1步骤，已经能将原始图像中的骨骼和软组织的结构除去，整幅图像就只剩下被造影剂充盈的清晰可见的血管，并可以动态显示血液流动情况，这样就可以清晰的显示病灶，已经可以用于临床诊断。
但是在实际手术过程中，或者是病情诊查过程中，往往还有需求配合要部分的骨骼和软组织进行定位，即需要同时看到清晰的血管和部分的背景组织，甚至还有需求能根据手术部位(诊查部位)的不同来调节背景组织的显示比例。此时，便可通过以下实现：
S2：对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片。
具体的，可以通过对原始充盈片依次进行亮度线性调整、log亮度调整以及S曲线拉伸，来获取第一充盈片。
可选的，可以通过判断是否需要显示解剖结构来确定是否执行该步骤。
该步骤具体可以由下述子步骤实现：
S21：将原始充盈片进行亮度线性调整(如图5所示)，将图像整体亮度值调整到一个适合的值，有助于凸显解剖结构。
S22：将亮度线性调整后的充盈片再进行log亮度调整(如图6所示)，使得原始的充盈片中有效信息的对比度提升，同时抑制无效信息的对比度。
S23：对经过S22处理后的充盈片进行S曲线拉伸(如图8所示)，进一步拉伸图像对比度。
所述S曲线拉伸具体为：选取组织和骨骼的交界处为S曲线拐点；在靠近所述拐点的区域进行灰度值拉升，在远离所述拐点的区域进行灰度值压缩。通过选取组织和骨骼交界处，能够对交界处的影像进行增强，优化显示效果。
优选的，在所述S23进行曲线拉伸之前，还可以依据事先自定义的配置结果判断是否进行图像增强。如果想清晰的观察解剖结构的细节，可以开启图像增强功能。若需要进行图像增强，则将经过S22处理后的充盈片(经过S22处理后的充盈片)，对充盈片进行金字塔图像增强处理，使得图像的细节信号得以增强(进行图像增强处理后的效果如图7所示，进行图像增强处理后再进行S曲线拉伸处理后的效果如图9所示)。
其中，所述金字塔图像增强指的是将充盈片进行金字塔处理，包括金字塔分解，金字塔增强以及金字塔重构。金字塔分解先将图像通过低通滤波和下采样得到近似信号，组成高斯金字塔，再把近似信号通过升采样和滤波得到预测信号，将其与上一层高斯金字塔相减得到预测残差，组成拉普拉斯金字塔；金字塔增强将拉普拉斯金字塔作为输入图像的细节信息，按照不同的频率分段增强各层图像实现输入图像的边缘增强；金字塔重构对拉普拉斯金子塔前几层图像噪声进行抑制然后进行重构。
通过上述步骤，将获取仅包含软组织和骨骼的解剖组织图像(第一充盈片)，可通过图像快速定位身体部位。
S3：将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，获取同时包含解剖结构和血管的图像(经过图像增强处理后再叠加的效果如图10，未经图像增强处理进行叠加的效果图11所示)。
通过将纯血管图像和解剖组织图像(第一充盈片)进行叠加显示，便可实现既能看到清晰的血管，又能看到对应的背景组织。同时，还可通过调整显示比例，实现对血管和背景组织显示效果的调整，更好的满足临床需求。
优选的，预设对应所述纯血管图像的第一显示比例，以及对应所述第一充盈片的第二显示比例，显示比例对应的是显示透明度，所述第一显示比例与第二显示比例之和为百分百；然后依据预设的第一显示比例和第二显示比例对所述纯血管图像和所述第一充盈片进行叠加。
解剖结构显示采用用户自定义方式，可以根据不同的手术自助选择是否需要显示解剖结构，解剖结构显示的比例。
S4：显示最终结果，即纯血管图像和解剖组织图像的叠加结果。若想看到纯血管图像，则设置第一显示比例为100％，解剖组织图像为0％便可实现。优选日常所述解剖组织图像的默认透明度为0，即将背景完全减掉，只剩下血管图，但是偶尔医生需要对血管位置定位，所以需要部分背景组织作为辅助参考，这时便可通过调整透明度来实现解剖组织图像的显示程度。
优选的，本实施例的方法运用CUDA实现，在保证图像效果的同时，提高图像处理的速度。
对应本实施例的一具体运用场景：
一位髂总动脉瘤的病患(图中的肿瘤已被小金属球填充)。在动脉瘤填充之前，需要确认填充方案以及对周围其他血管是否有影响但是单纯看图2(纯血管图像)虽然能看到血管的情况，但是却无法对周围血管的位置进行定位(如果填充对周围血管产生影响)。而通过上述方法，就可以适当显示部分背景组织结构作为参考进行定位。
实施例二
请参照图13至图17，本实施例在实施例一的基础上，提供一种数字减影血管造影方法，运用于在临床手术，如介入手术中明确当前导丝和导管的具体位置和前进的方向。
本实施例的原理与实施例的原理一致，细节部分将不再展开重复叙述，请参阅图17，方案大致如下：
Step1：获取一系列原始充盈片和原始蒙片，将系列原始充盈片叠加(防止血液流速过快，将造影剂带走，造成部分血管没有充盈)，得到一张照射视野区域中完整的血管充盈像(如图13所示，为叠加生成的完整的血管充盈片和其中一张原始蒙片的对比示意图。为了方便观察，已经对图13进行一定拉伸处理，实际图像也是全黑的)。上述方法为图17中的方法二。可选的，还可以在之前采集的图像序列(一系列的原始充盈片)中抽取一张进行血管充盈良好的图像，作为原始充盈片。这种方式不需要注射造影剂，节约了看病成本并减少了患者痛苦(图17中的方法一)。
上述的一系列的原始充盈片和原始蒙片指的都是在一连续的时间段获取，并依据获取的时间先后顺序排列的原始充盈片和原始蒙片。如在手术进行时，对应照射视野，在时间推移的同时，间隔获取的多张连续的依据时间先后排列的原始充盈片和原始蒙片。
上述将一系列的原始充盈片叠加获取一张完整的原始充盈片，其具体叠加方式可以为：后续每张充盈片都与第一张充盈片进行对比，不同位置替换，相同的位置保持不变，这样就生成一张完整血管充盈片。
Step2：将上述步骤获取的这张完整血管的原始充盈片和原始蒙片分别进行log变换，使骨骼和组织对血管灰度影响最小，然后相减获得只包含血管的图像，即纯血管图像。
Step3：对原始充盈片进行直方图规定化(如图14所示)，保证血管部分灰度级自然变换。然后进行S曲线拉伸。并对结果进行反相(如图15所示)，使得血管呈现为高灰度(介入手术中导管或者导丝都是低灰度，这样就产生鲜明的对比)；
Step4：判断是否需要调节解剖结构显示比例(默认透明度为50，在看清导管或者导丝的情况下，同时保证血管的路径能够可见)，如果不需要直接跳到Step10(此时图像已经可以用于临床诊断，导管或者导丝呈黑色嵌入在白色的血管中)；
Step5：如果需要调节解剖结构显示，将原始蒙片进行亮度线性调整，使图像整体亮度值达到一个合适的值。再进行log变换，使得原始蒙片中有效信息的对比度提升，同时抑制无效信息的对比度；
Step6：判断是否进行图像增强，如果不需要直接跳到Step8；
Step7：如果需要进行图像增强，将Step5得到的图像进行金字塔增强，使得图像的细节信号得以增强；
Step8：将蒙片进行S曲线拉伸，进一步拉伸图像对比度；
Step9：将Step4得到的血管图像和Step8得到的蒙片按比例叠加(如图16所示)；
Step10：显示最终结果。
对应本实施例的一具体运用场景：
一位肝脏肿瘤患者，肿瘤位置位于图像的左上角。为了对肿瘤进行处理，需要将导管和导丝送到离肿瘤较近的位置，但是必须在有造影剂的情况下才能确定血管的走向(如图13右看不到血管走向)。这样就要在透视情况下不停的注射造影剂。而通过本实施例提出的方法，在注射一些造影剂后通过叠加，或者直接从之前检查的图像序列中抽出一张充盈片经过处理可以清晰的看到血管(白色)的走向(如图16)，此时不用注射造影剂，只用低剂量的透视就可以将导管和导丝准确的送到病灶。
实施例三
本实施例对应实施例一和实施例二，分别提供两种计算机可读存储介质，其上均存储有计算机程序。第一种计算机可读存储介质上的计算机程序在被处理器读取时，能实现实施例一所包含的所有步骤；第二种计算机可读存储介质上的计算机程序在被处理器读取时，能实现实施例二所包含的所有步骤。具体步骤在此不进行复述，详细请分别参阅实施例一和实施例二记载的内容。
综上所述，本发明提供的一种数字减影血管造影方法、计算机刻度存储介质，能够减少病人的辐射量(不需要多次采集)，同时减少病人的看病成本(减少对CT和MR的依赖)；进一步的，还能在介入手术中明确当前导丝和导管的具体位置和前进的方向。本发明只要在移动C型臂上进行一次采集就能实现血管影像和背景结构同时显示，可以根据实际情况完全显示背景解剖结构，更好的满足实际临床需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字减影血管造影方法，其特征在于，包括：
获取纯血管图像；
对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片；
将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，获取同时包含解剖结构和血管的图像。
2.如权利要求1所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述纯血管图像以及原始充盈片的数量为多张；所述多张的纯血管图像以及原始充盈片在一连续的时间段获取，并依据获取的时间先后顺序排列；
所述方法还包括：
获取对应所述时间段，按照时间先后顺序排列的同时包含解剖结构和血管的图像集群。
3.如权利要求1或2所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述对原始充盈片进行亮度调整和对比度处理，得到第一充盈片，具体为：
对原始充盈片依次进行亮度线性调整、log亮度调整以及S曲线拉伸，得到第一充盈片。
4.如权利要求3所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述S曲线拉伸之前，还包括：
是否接收到进行图像增强的指令；
若是，则在进行所述S曲线拉伸之前，对经过所述log亮度调整后的充盈片进行金字塔图像增强处理。
5.如权利要求3所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述S曲线拉伸，具体为：
选取组织和骨骼的交界处为S曲线拐点；
在靠近所述拐点的区域进行灰度值拉升，在远离所述拐点的区域进行灰度值压缩。
6.如权利要求1或2所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述获取纯血管图像，具体为：
对原始蒙片和原始充盈片分别进行log变换处理后相减，得到纯血管图像。
7.如权利要求6所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述对原始蒙片和原始充盈片分别进行log变换处理后相减，得到纯血管图像，具体为：
对原始蒙片进行log变换处理，得到处理后蒙片；
对原始充盈片进行log变换处理，得到处理后充盈片；
所述处理后蒙片与所述处理后充盈片相减，得到第一血管图像；
对所述第一血管图像进行直方图规定化处理，得到第二血管图像；
对所述第二血管图像进行S曲线拉伸，得到纯血管图像。
8.如权利要求7所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述对所述第二血管图像进行S曲线拉伸，得到纯血管图像，具体为：
对第二血管图像进行S曲线拉伸后，再进行边缘增强和去噪处理，得到纯血管图像。
9.如权利要求1或2所述的数字减影血管造影方法，其特征在于，所述将所述纯血管图像与所述第一充盈片按预设的显示比例叠加，具体为：
获取预设的对应所述纯血管图像的第一显示比例和对应所述第一充盈片的第二显示比例，所述第一显示比例与第二显示比例之和为百分百；
依据第一显示比例和第二显示比例对所述纯血管图像和所述第一充盈片进行叠加。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器读取时，能执行上述权利要求1至9任意一项所述的方法所包含的步骤。
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