一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统的制作方法

1.本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。


背景技术：

2.目前，形态结构与生理功能的临床评估中，心脏磁共振图像被视为“金标准”，能够清晰的评价心脏肿瘤、脂肪浸润、组织变性，显示积液及囊肿。与其他医学成像技术相比较，心脏磁共振图像具有较为出色的软组织对比度，可以清晰的显示心脏中各腔室结构以及心肌组织的结构特点，而且心脏磁共振图像可以灵活显示患者任何方位的图像信息，可多参数、多序列、任意层面成像，准确定位病变，没有任何辐射损伤。但是，现有心脏磁共振图像分割系统难以对心脏磁共振图像进行精确的分割，主观性强，重复性差。因此，亟需设计一种新的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有心脏磁共振图像分割系统难以对心脏磁共振图像进行精确的分割，主观性强，重复性差。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。
5.本发明是这样实现的，一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统，所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统包括：
6.图像数据获取模块、图像数据预处理模块、数据传输模块、中央控制模块、模型构建模块、图像分类模块、图像分割模块、数据存储模块、更新显示模块。
7.图像数据获取模块，与中央控制模块连接，用于通过图像数据获取设备获取待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据；
8.图像数据预处理模块，与中央控制模块连接，用于通过数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理，获得训练样本集；
9.数据传输模块，与中央控制模块连接，用于通过无线通信装置将预处理后的所述训练样本集发送至中央控制模块进行后续处理；
10.中央控制模块，与图像数据获取模块、图像数据预处理模块、数据传输模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统各个模块的正常运行。
11.进一步，所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统还包括：
12.中央控制模块，与模型构建模块、图像分类模块、图像分割模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统各个模块的正常运行；
13.模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过模型构建程序构建用于心脏磁共
振图像分割的三维全卷积神经网络模型；
14.图像分类模块，与中央控制模块连接，用于通过将预处理后的所述训练样本集输入至构建得到的三维全卷积神经网络模型，得到图像分类结果；
15.图像分割模块，与中央控制模块连接，用于通过图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果；
16.数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以及图像的分割结果；
17.更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以及图像的分割结果的实时数据进行更新显示。
18.进一步，所述图像数据预处理模块中的通过利用数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理包括：
19.获取待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据；
20.对所述待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行归一化操作，以将所述原始数据中图像的图像矩阵的均值为0，方差为1；
21.对所述三维心脏磁共振图像的原始数据进行数据增强操作。
22.进一步，所述三维全卷积神经网络模型包括一个输入层、至少五层三维卷积层和与所述三维卷积层一一对应的三维解卷积层以及一个融合层。
23.进一步，所述模型构建模块中的通过利用模型构建程序构建用于心脏磁共振图像分割的三维全卷积神经网络模型包括：
24.构建输入层，通过输入层接收所述训练样本集；
25.构建至少五层三维卷积层和三维解卷积层，每个三维卷积层由多个三维卷积核构成；
26.构建融合层，所述融合层为一个三维卷积核构成的三维卷积层。
27.进一步，所述图像分割模块中的通过利用图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果包括：
28.根据所述图像分类结果提取三维心脏磁共振图像的二值图像序列；
29.分割二值图像序列的心脏区域，获取各层切片的质心位置；
30.使用最小二乘法拟合理论质心直线，获得图像的分割结果。
31.进一步，所述使用最小二乘法拟合理论质心直线包括：
32.1)线性拟合初始的理论质心直线为：
[0033][0034]
2)将初始的理论质心直线变形为点斜式，分别得到平行于x轴和y轴的两个平面为：
[0035][0036]
3)构建求解方程，且通过各层切片的质心在三维空间中的坐标求解a、b、c和d的值；
[0037]
4)将a、b、c和d输入步骤2)的公式中，得到两个相交的平面，并获取两个相交平面的交线，得到理论质心直线；
[0038]
其中，a、b、c和d分别表示第一计算参数、第二计算参数、第三计算参数和第四计算参数，x'表示理论质心直线的x轴坐标，y'表示理论质心直线的y轴坐标，z'表示理论质心直线的z轴坐标，x0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的x平面的交点，y0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的y平面的交点，z0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的z平面的交点。
[0039]
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。
[0040]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。
[0041]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统。
[0042]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统，简单高效，将错位层拉回到准确的质心位置，校正与分割同时进行，能够达到校正的目的，实现心脏磁共振图像亚像素级的精确分割，提高了去噪性能，使得去噪过程具有更好的解释性，提高分割的准确率，解决了现有心脏磁共振图像分割系统难以对心脏磁共振图像进行精确的分割，主观性强，重复性差的问题。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1是本发明实施例提供的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统结构框图；
[0045]
图中：1、图像数据获取模块；2、图像数据预处理模块；3、数据传输模块；4、中央控制模块；5、模型构建模块；6、图像分类模块；7、图像分割模块；8、数据存储模块；9、更新显示模块。
[0046]
图2是本发明实施例提供的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法流程图。
[0047]
图3是本发明实施例提供的通过图像数据预处理模块利用数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理的方法流程图。
[0048]
图4是本发明实施例提供的通过模型构建模块利用模型构建程序构建用于心脏磁共振图像分割的三维全卷积神经网络模型的方法流程图。
[0049]
图5是本发明实施例提供的通过图像分割模块利用图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果的方法流程图。
具体实施方式
[0050]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0051]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0052]
如图1所示，本发明实施例提供的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统包括：图像数据获取模块1、图像数据预处理模块2、数据传输模块3、中央控制模块4、模型构建模块5、图像分类模块6、图像分割模块7、数据存储模块8、更新显示模块9。
[0053]
图像数据获取模块1，与中央控制模块4连接，用于通过图像数据获取设备获取待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据；
[0054]
图像数据预处理模块2，与中央控制模块4连接，用于通过数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理，获得训练样本集；
[0055]
数据传输模块3，与中央控制模块4连接，用于通过无线通信装置将预处理后的所述训练样本集发送至中央控制模块进行后续处理；
[0056]
中央控制模块4，与图像数据获取模块1、图像数据预处理模块2、数据传输模块3、模型构建模块5、图像分类模块6、图像分割模块7、数据存储模块8、更新显示模块9连接，用于通过中央处理器协调控制所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统各个模块的正常运行；
[0057]
模型构建模块5，与中央控制模块4连接，用于通过模型构建程序构建用于心脏磁共振图像分割的三维全卷积神经网络模型；
[0058]
图像分类模块6，与中央控制模块4连接，用于通过将预处理后的所述训练样本集输入至构建得到的三维全卷积神经网络模型，得到图像分类结果；
[0059]
图像分割模块7，与中央控制模块4连接，用于通过图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果；
[0060]
数据存储模块8，与中央控制模块4连接，用于通过存储器存储获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以及图像的分割结果；
[0061]
更新显示模块9，与中央控制模块4连接，用于通过显示器对获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以
及图像的分割结果的实时数据进行更新显示。
[0062]
如图2所示，本发明实施例提供的基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法以下步骤：
[0063]
s101，通过图像数据获取模块利用图像数据获取设备获取待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据；
[0064]
s102，通过图像数据预处理模块利用数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理，获得训练样本集；
[0065]
s103，通过数据传输模块利用无线通信装置将预处理后的所述训练样本集发送至中央控制模块进行后续处理；
[0066]
s104，通过中央控制模块利用中央处理器协调控制所述基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割系统各个模块的正常运行；
[0067]
s105，通过模型构建模块利用模型构建程序构建用于心脏磁共振图像分割的三维全卷积神经网络模型；
[0068]
s106，通过图像分类模块利用将预处理后的所述训练样本集输入至构建得到的三维全卷积神经网络模型，得到图像分类结果；
[0069]
s107，通过图像分割模块利用图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果；
[0070]
s108，通过数据存储模块利用存储器存储获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以及图像的分割结果；
[0071]
s109，通过更新显示模块利用显示器对获取的待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据、训练样本集、三维全卷积神经网络模型、图像分类结果以及图像的分割结果的实时数据进行更新显示。
[0072]
如图3所示，本发明实施例提供的步骤s102中的通过图像数据预处理模块利用数据预处理程序对待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行预处理包括：
[0073]
s201，获取待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据；
[0074]
s202，对所述待分割处理的三维心脏磁共振图像的原始数据进行归一化操作，以将所述原始数据中图像的图像矩阵的均值为0，方差为1；
[0075]
s203，对所述三维心脏磁共振图像的原始数据进行数据增强操作。
[0076]
本发明实施例提供的步骤s105中的三维全卷积神经网络模型包括一个输入层、至少五层三维卷积层和与所述三维卷积层一一对应的三维解卷积层以及一个融合层。
[0077]
如图4所示，本发明实施例提供的步骤s105中的通过模型构建模块利用模型构建程序构建用于心脏磁共振图像分割的三维全卷积神经网络模型包括：
[0078]
s301，构建输入层，通过输入层接收所述训练样本集；
[0079]
s302，构建至少五层三维卷积层和三维解卷积层，每个三维卷积层由多个三维卷积核构成；
[0080]
s303，构建融合层，所述融合层为一个三维卷积核构成的三维卷积层。
[0081]
如图5所示，本发明实施例提供的步骤s107的通过图像分割模块利用图像分割程序根据所述图像分类结果得到待分割心脏磁共振图像的分割结果包括：
[0082]
s401，根据所述图像分类结果提取三维心脏磁共振图像的二值图像序列；
[0083]
s402，分割二值图像序列的心脏区域，获取各层切片的质心位置；
[0084]
s403，使用最小二乘法拟合理论质心直线，获得图像的分割结果。
[0085]
本发明实施例提供的步骤s403的使用最小二乘法拟合理论质心直线包括：
[0086]
1)线性拟合初始的理论质心直线为：
[0087][0088]
2)将初始的理论质心直线变形为点斜式，分别得到平行于x轴和y轴的两个平面为：
[0089][0090]
3)构建求解方程，且通过各层切片的质心在三维空间中的坐标求解a、b、c和d的值；
[0091]
4)将a、b、c和d输入步骤2)的公式中，得到两个相交的平面，并获取两个相交平面的交线，得到理论质心直线；
[0092]
其中，a、b、c和d分别表示第一计算参数、第二计算参数、第三计算参数和第四计算参数，x'表示理论质心直线的x轴坐标，y'表示理论质心直线的y轴坐标，z'表示理论质心直线的z轴坐标，x0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的x平面的交点，y0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的y平面的交点，z0表示理论质心直线与三维心脏磁共振图像的z平面的交点。
[0093]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0094]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行
传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0095]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。