一种基于ct-xa 图像多维融合的模拟导航系统及方法
【专利摘要】本发明公开一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统及方法。本发明通过CT冠脉3D图像提取与重建模块、CT冠脉分析模块、CT冠脉3D图像模拟XA心血管造影2D图像模块以及CT冠脉3D图像与XA心血管造影2D图像配准融合与显示模块，能获得CT模拟XA图像和CT-XA融合图像，不需要精确分割XA血管就可以达到较高配准精度且整个过程完全自动化，并通过预置多个常用XA心血管造影体位，还能支持用户自定义造影体位。即本发明很好的解决了因血管闭塞导致XA血管无法显示的问题，进而获得了血管的位置及走向，实现了XA与CT冠脉的多体位、多步单帧的单枝血管融合导航。
【专利说明】—种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械数据图像处理，特别涉及一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统及方法。
【背景技术】
[0002]利用 CT(Computer X-ray tomography technique,计算机 X 射线断层扫描技术)，对心脏进行增强扫描，可以得到某个时相的完整的心脏CT图像，对于同样狭窄较为严重导致血管闭塞的，相对于心脏XA(X-ray angiography, X血管造影),其显影程度要好的多。就目前的技术而言，对于CT增强扫描的心脏图像，可以完整地提取出心血管(以下称为冠脉)。同一枝有闭塞的心血管，通过XA血管造影使其显影难度很大，而通过CT增强扫描，却可以较为容易地使其显影，并通过技术手段将其提取出来。这样通过对三维冠脉图像进行投影变换可以近似模拟 XA 图像(Martin Groher.2D-3D Registration of Vascular ImagesTowards3D-Guided Catheter Interventions[D].France:Technische UniversitatMunchen, Fakultat f ur Informatik Computer-Aided Medical Procedures&AugmentedReality, 2007.),从而弥补血管显影中，闭塞节段无法显影的部分。但是，因为患者在两次检查中，并不是在同一台设备上，所以检查时候的体位难免有偏差，这些偏差会使通过CT冠脉模投影拟出XA图像与实际的XA图像有很大的差别。所以这种融合的前提是2D的XA数据与3D的CT数据进行配准。2D-3D配准是一项复杂的空间变换过程，医生很难凭借手工来完成这个过程，无法模拟导管头的姿势和形状，无法实现CT设备模拟DSA导管检查图像以及无法实现CT图像和DSA图像的融合等等。所以如何实现自动配准，成为业内一个需要解决的问题。
[0003]当前2D-3D配准主要可以分为基于形状信息的点集配准(Francesc MorenoNoguer,Alberto Sanfeliu Cortes.Simultaneous Point Matching and Recoveryof Rigid and Nonrigid Shapes[D].France:1nstitut De Robotica I InformaticaIndustrial, 2011.)如和基于统计信息的配准(Xiang Chen, Robert Gilkeson, BaoweiFe1.Automatic Intensity-based3D-to-2DRegistration of CT Volume and Dual-energyDigital Radiography for the Detection of Cardiac Calcification[D], 2007.X 对于点集配准算法，这类算法的最大问题在于对血管提取的完整性要求很高，所以XA血管分割经常需要手动完成，这对医生来说是一个很繁重的操作。而对于基于统计信息的配准，因为要求两幅图像提供的信息量足够多，所以目前主要应用在骨骼这种重叠区域较大的配准当中。为此针对血管这种重叠区域较少的图像提出一种新的基于统计信息的配准方法和融合图像方法以准确为控制导管的走向和定位提供模拟导航。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的目的在于一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统及方法，以模拟并显示支架植入冠脉的过程和结果；模拟导管头的姿势和形状，并在界面上直观显示，为控制导管的位置和走向提供准确可靠的参考数据信息。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，该系统包括:
[0006]XA图像处理模块，提取XA图像的血管图像，对所述血管图像进行扩散处理，得到XA扩散图像；
[0007]CT图像处理模块，提取CT冠脉图像，对所述CT冠脉图像进行二维投影，得到二维CT图像，然后对所述二维CT图像进行膨胀处理，得到CT膨胀图像；
[0008]融合处理模块，根据所述XA扩散图像与所述CT膨胀图像建立相似性测度函数，根据所述相似性测度函数对其进行配准，获得所述二维CT图像与所述XA图像的融合显示图；
[0009]模拟导航模块，根据所述融合显示图将导管机的投照角度显示出来，并通过计算机模拟出导管头的姿势和形状，为控制导管的走向和定位提供模拟导航。
[0010]进一步的，所述XA图像处理模块包括:
[0011]增强处理模块，从XA图像中选择一帧图像后，对所述一帧图像进行增强处理；
[0012]分割处理模块，对增强处理后的一帧图像采用分水岭算法进行血管分割，获得所述血管图像；
[0013]距离变换模块，对所述血管图像进行距离变换，公式为:
[0014]XA_Diffusion(i) = max(0，Thread-DT(i)),其中 DT(i)为血管图像距离变换后图像上每一点的数值，XA_Diffusion是XA扩散图像，Thread是XA_Diffusion的阈值；
[0015]阈值处理模块，利用阈值对所述血管图像进行距离变换获得所需的XA扩散图像。
[0016]进一步的，所述CT图像处理模块包括:
[0017]冠脉提取模块，采用区域增长法进行冠脉提取，获得冠脉血管数据；
[0018]参数获得模块，根据XA图像中的主角度与副角度信息以及发射源和接收板的位置信息，确定CT冠脉图像进行投影的相关参数；
[0019]配准处理模块，所述冠脉血管数据和相关参数在刚性配准矩阵的作用下，得到二维CT投影图像。
[0020]其中，所述融合处理模块中:
[0021]根据所述相似性测度函数对CT冠脉图像进行空间校正，获得与XA图像最接近的二维CT图像，然后把配准后的二维CT图像加载到XA图像上进行融合显示，其中所述的相似性测度函数为:
[0022]
【权利要求】
1.一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，其特征在于，包括: XA图像处理模块，提取XA图像的血管图像，对所述血管图像进行扩散处理，得到XA扩散图像； CT图像处理模块，提取CT冠脉图像，对所述CT冠脉图像进行二维投影，得到二维CT图像，然后对所述二维CT图像进行膨胀处理，得到CT膨胀图像； 融合处理模块，根据所述XA扩散图像与所述CT膨胀图像建立相似性测度函数，根据所述相似性测度函数对其进行配准，获得所述二维CT图像与所述XA图像的融合显示图；模拟导航模块，根据所述融合显示图将导管机的投照角度显示出来，并通过计算机模拟出导管头的姿势和形状，为控制导管的走向和定位提供模拟导航。
2.如权利要求1所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，其特征在于，所述XA图像处理模块包括: 增强处理模块，从XA图像中选择一帧图像后，对所述一帧图像进行增强处理； 分割处理模块，对增强处理后的一帧图像采用分水岭算法进行血管分割，获得所述血管图像； 距离变换模块，对 所述血管图像进行距离变换，公式为: XA_Diffusion (i) = max (O, Thread-DT (i)),其中DT (i)为血管图像距离变换后图像上每一点的数值，XA_Diffusion是XA扩散图像，Thread是XA_Diffusion的阈值； 阈值处理模块，利用阈值对所述血管图像进行距离变换获得所需的XA扩散图像。
3.如权利要求1所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，其特征在于，所述CT图像处理模块包括: 冠脉提取模块，采用区域增长法进行冠脉提取，获得冠脉血管数据； 参数获得模块，根据XA图像中的主角度与副角度信息以及发射源和接收板的位置信息，确定CT冠脉图像进行投影的相关参数； 配准处理模块，所述冠脉血管数据和相关参数在刚性配准矩阵的作用下，得到二维CT投影图像。
4.如权利要求1所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，其特征在于，所述融合处理模块中: 根据所述相似性测度函数对CT冠脉图像进行空间校正，获得与XA图像最接近的二维CT图像，然后把配准后的二维CT图像加载到XA图像上进行融合显示，其中所述的相似性测度函数为:
5.如权利要求1所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航系统，其特征在于，所述模拟导航模块中: 在同一个体位下，用多维融合技术进行CT冠脉的一枝血管与XA冠脉造影的同一枝血管进行静态融合并基于CT图像，修正出导管路径； 在对某一枝血管造影时，需要变换多个体位，每变换一个体位，CT冠脉也同步变换到相同的体位，然后，在该体位下，进行同一枝血管的融合及路径引导。
6.一种基于CT-XA图像多维融合的模拟导航方法，其特征在于，包括: 步骤1，提取XA图像的血管图像，对所述血管图像进行扩散处理，得到XA扩散图像；步骤2，提取CT冠脉图像，对所述CT冠脉图像进行二维投影，得到二维CT图像，然后对所述二维CT图像进行膨胀处理，得到CT膨胀图像； 步骤3，根据所述XA扩散图像与所述CT膨胀图像建立相似性测度函数，根据所述相似性测度函数对其进行配准，获得所述二维CT图像与所述XA图像的融合显示图； 步骤4，根据所述融合显示图将导管机的投照角度显示出来，并通过计算机模拟出导管头的姿势和形状，为控制导管的走向和定位提供模拟导航。
7.如权利要求6所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航方法，其特征在于，所述步骤I包括: 步骤11，从XA图像中选择一帧图像后，对所述一帧图像进行增强处理； 步骤12，对增强处理后的一帧图像采用分水岭算法进行血管分割，获得所述血管图像； 步骤13，对所述血管图像进行距离变换，公式为: XA_Diffusion (i) = max (O, Thread-DT (i)),其中DT (i)为所述血管图像距离变换后图像上每一点的数值，XA_Diffusion是XA扩散图像，Thread是XA_Diffusion的阈值； 步骤14，利用阈值对所述血管图像进行距离变换获得所需的扩散图像。
8.如权利要求6所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航方法，其特征在于，所述步骤2包括: 步骤21，采用区域增长法进行冠脉提取，获得冠脉血管数据； 步骤22，根据XA图像中的主角度与副角度信息以及发射源和接收板的位置信息，确定CT冠脉图像进行投影的相关参数； 步骤23，所述冠脉血管数据和所述相关参数在刚性配准矩阵的作用下，得到二维CT图像。
9.如权利要求6所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航方法，其特征在于，所述步骤3中的相似性测度函数为: / = Σ(1_(」_nuateij)) XA_ Diffusion(/)其中 XA Diffusion 为 XA 扩散图像，CTi^15——Dilate为CT膨胀图像，当CT—Dilate的重叠位置越靠近XA—Diffusion的中心，测度函数f的值越小。
10.如权利要求6所述的基于CT-XA图像多维融合的模拟导航方法，其特征在于，所述步骤4: 在同一个体位下，用多维融合技术进行CT冠脉的一枝血管与XA冠脉造影的同一枝血管进行静态融合并基于CT图像，修正出导管路径； 在对某一枝血管造影时，需要变换多个体位，每变换一个体位，CT冠脉也同步变换到相同的体位，然后，在该体位下，进行同一枝血管的融合及路径引导。
【文档编号】A61B6/00GK103892861SQ201210586719
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】王民汉, 周宇, 李晓光 申请人:北京思创贯宇科技开发有限公司