X射线图像中的冠脉运动补偿方法和系统

x射线图像中的冠脉运动补偿方法和系统
技术领域
1.本发明涉及医学图像处理的技术领域，尤其涉及一种x射线图像中的冠脉运动补偿方法，以及x射线图像中的冠脉运动补偿装置，其将相同成像角度的血管造影图像中的冠脉结构准确地叠加到x射线透视图像上，能够在无造影剂注入情况下为医生提供实时准确的冠脉结构信息。


背景技术：

2.经皮冠状动脉介入治疗(pci)是临床上冠心病治疗的重要手段，医生在x射线图像引导下完成手术操作。x射线透视图像具有良好的空间和时间分辨率，能够对骨骼、手术器械等成像，但无法直接对血管成像。将显影剂注入血管，因为x光无法穿透显影剂，血管造影图像可以准确地反映血管的形态位置信息。受不可避免的心跳呼吸运动影响，冠脉有较大形变，手术过程中需通过反复注射造影剂来观察冠脉的形态位置。然而，造影剂诱导的急性肾损伤是一种常发生的pci并发症，且造影剂的大量使用会增加患者和医生的累积辐射暴露。为了在x射线透视图像上叠加相同成像角度造影图像的冠脉血管结构，在减少造影剂使用的情况下提供实时准确的冠脉形态位置信息，补偿心跳呼吸引起的冠脉运动是个至关重要的步骤。
3.目前x射线图像引导介入手术中的运动补偿可大致归为两类方法：一类是构建以替代信号为输入、运动为输出的关联模型，另一类是估计图像的形变进行运动补偿。第一类方法需要满足运动近似周期性先验假设，术中实际的运动模式和关联模型拟合的运动模式存在差异。心脏软组织易被膈肌和肺等组织遮挡且成像对比度低，造影剂流动造成不同时刻的冠脉显影区域不匹配，第二类方法不能直接用于冠脉运动补偿。一些研究通过估计图像中一直显影且运动容易估计的替代物的运动，补偿目标解剖的运动，这要求替代物与目标解剖满足运动近似一致的假设。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种x射线图像中的冠脉运动补偿方法，其在x射线透视图像上实时叠加心跳呼吸运动补偿过的冠脉，能够在无造影剂注入情况下，为医生提供实时准确的冠脉结构信息。
5.本发明的技术方案是：这种x射线图像中的冠脉运动补偿方法，该方法包括以下步骤：
6.(1)冠脉心跳运动补偿：先匹配ecg信号，并通过插值丰富冠脉结构的数量，稠密匹配获得心跳运动状态一致的冠脉形态结构，补偿心跳引起的冠脉运动；
7.(2)导管实时跟踪：将导管视为一系列线段连接组成，结合导管形状先验，采用路径搜索的方式跟踪导管结构；
8.(3)冠脉呼吸运动补偿：使用动态时间归整匹配导管结构，并设计筛选策略进一步优化导管匹配点对，计算匹配点对的平均位移量得到导管平移运动，补偿呼吸引起的冠脉
运动。
9.本发明通过冠脉心跳运动补偿实现在心跳不规则情况下也能准确补偿冠脉心跳运动，导管实时跟踪能够提取到无断裂的完整导管结构，冠脉呼吸运动补偿通过导管平移运动补偿呼吸引起的冠脉运动，最后得到形态位置都准确的冠脉结构，因此本发明能够在x射线透视图像上实时叠加心跳呼吸运动补偿过的冠脉，能够在无造影剂注入情况下，为医生提供实时准确的冠脉结构信息。
10.还提供了x射线图像中的冠脉运动补偿系统，其包括：
11.冠脉心跳运动补偿模块，其配置来先匹配ecg信号，并通过插值
12.丰富冠脉结构的数量，稠密匹配获得心跳运动状态一致的冠脉形态结构，补偿心跳引起的冠脉运动；为了考虑心跳不规则情况，使用多尺度的最大化线性互相关进行ecg信号的匹配；
13.导管实时跟踪模块，其配置来将导管视为一系列线段连接组成，结合导管形状先验，采用路径搜索的方式跟踪导管结构；
14.冠脉呼吸运动补偿模块，其配置来使用动态时间归整匹配导管结构，并设计筛选策略进一步优化导管匹配点对，计算匹配点对的平均位移量得到导管平移运动，补偿呼吸引起的冠脉运动。
附图说明
15.图1是根据本发明的x射线图像中的冠脉运动补偿方法的流程图。
16.图2是根据本发明的数据预处理步骤的流程图。
17.图3是根据本发明的冠脉心跳运动补偿步骤的流程图。
18.图4是根据本发明的导管实时跟踪步骤的流程图。
19.图5是根据本发明的冠脉呼吸运动补偿步骤的流程图。
具体实施方式
20.如图1所示，这种x射线图像中的冠脉运动补偿方法，该方法包括以下步骤：
21.(1)冠脉心跳运动补偿：先匹配ecg信号(即心电信号)，并通过
22.插值丰富冠脉结构的数量，稠密匹配获得心跳运动状态一致的冠脉形态结构，补偿心跳引起的冠脉运动；
23.(2)导管实时跟踪：将导管视为一系列线段连接组成，结合导管形状先验，采用路径搜索的方式跟踪导管结构；
24.(3)冠脉呼吸运动补偿：使用动态时间归整匹配导管结构，并设计筛选策略进一步优化导管匹配点对，计算匹配点对的平均位移量得到导管平移运动，补偿呼吸引起的冠脉运动。
25.本发明通过冠脉心跳运动补偿实现在心跳不规则情况下也能准确补偿冠脉心跳运动，导管实时跟踪能够提取到无断裂的完整导管结构，冠脉呼吸运动补偿通过导管平移运动补偿呼吸引起的冠脉运动，最后得到形态位置都准确的冠脉结构，因此本发明能够在x射线透视图像上实时叠加心跳呼吸运动补偿过的冠脉，能够在无造影剂注入情况下，为医生提供实时准确的冠脉结构信息。
26.优选地，在所述步骤(1)之前还有数据预处理步骤，从造影图像序列中获取稠密的冠脉和导管结构序列。
27.优选地，如图2所示，在数据预处理步骤中，首先通过视频插值获得数量丰富的造影图像，保证足够稠密的冠脉运动状态。然后通过分割提取得到稠密的冠脉和导管结构序列。
28.优选地，如图3所示，所述步骤(1)中，使用多尺度的最大化线性互相关进行ecg信号的匹配，即使心跳不规则情况下也能准确匹配。
29.优选地，所述步骤(1)中，心跳运动补偿部分对齐透视图像和造影图像的心跳运动状态，获得心跳运动补偿的冠脉结构。
30.优选地，如图4所示，所述步骤(2)中，首先通过增强管状结构提取粗糙中心线，然后进行端点检测和分叉点检测得到互不相连的线段，最后通过路径搜索得到最后的导管中心线。
31.优选地，所述步骤(3)中，呼吸运动补偿部分跟踪匹配透视图像和造影图像的导管结构，估计导管平移运动补偿呼吸引起的冠脉运动，最后在透视图像上叠加准确的冠脉结构。
32.优选地，如图5所示，所述步骤(3)中，首先分别提取透视图像和心跳运动补偿的冠脉对应的导管结构，然后使用动态时间归整和筛选策略得到优化的导管匹配点对，计算匹配点对的平均位移量得到导管平移运动，补偿呼吸引起的冠脉运动，由此得到心跳呼吸运动补偿的冠脉结构。
33.本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而所述的存储介质可以是：rom/ram、磁碟、光盘、存储卡等。因此，与本发明的方法相对应的，本发明还同时包括一种x射线图像中的冠脉运动补偿系统，该系统通常以与方法各步骤相对应的功能模块的形式表示。该系统包括：
34.冠脉心跳运动补偿模块，其配置来先匹配ecg信号，并通过插值
35.丰富冠脉结构的数量，稠密匹配获得心跳运动状态一致的冠脉形态结构，补偿心跳引起的冠脉运动；为了考虑心跳不规则情况，使用多尺度的最大化线性互相关进行ecg信号的匹配；
36.导管实时跟踪模块，其配置来将导管视为一系列线段连接组成，结合导管形状先验，采用路径搜索的方式跟踪导管结构；
37.冠脉呼吸运动补偿模块，其配置来使用动态时间归整匹配导管结构，并设计筛选策略进一步优化导管匹配点对，计算匹配点对的平均位移量得到导管平移运动，补偿呼吸引起的冠脉运动。
38.优选地，该系统还包括数据预处理模块，其在冠脉心跳运动补偿模块之前执行并配置来从造影图像序列中获取稠密的冠脉和导管结构序列。
39.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。