[发明专利]一种数字减影血管造影运动伪影消除方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域。特别是一种造影图像中运动伪影的消除方法和伪影消除系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展，一些先进的技术手段和计算机科学技术正在不断地应用于医学领域。特别是在放射诊断和治疗学科中，计算机图像处理技术正发挥着越来越重要的作用。                                            

目前，数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography, DSA）是血管可视化的关键技术，国内最早于1984年引进了DSA设备，并在全国迅速推广。在普通的X光图像中，由于血管与其周围组织的对比度非常小，若要单纯对血管进行细微观察就较为困难。为了获得更清晰的血管图像，通常将造影剂（不透光的碘溶液）注入需要诊断的血管中以提高血管的对比度。病人在检查台上接受多次X射线的照射, 第一次是未注射造影剂时拍摄的X光片，称为蒙片(Mask Image)。经导管向病变区域或检查区域血管内快速注入有机碘水造影剂，注入血管造影剂之后拍摄的X光片称为活片或盈片(Live Image)。从注入造影剂开始到血管内造影剂浓度达到峰值这段时间内，使检查部位连续成像。在这一系列图像中，取蒙片图像与造影剂浓度达到峰值的盈片图像执行减法操作，可以去除非感兴趣组织（如肌肉、骨骼）对X射线吸收形成的背景图像，从而得到清晰的血管造影图像。

假设在血管周围组织、成像条件完全不变的情况下，将蒙片与活片相减，如果活片与蒙片的背景（如肌肉、骨骼）完全对应，且有相同的灰度分布，则这些背景将被完全消除，即理论上可以得到仅包含血管的清晰数字减影图像。但在临床应用中，这种理论假设总是不成立的。由于蒙片和活片序列在不同时刻拍摄，在成像的同时, 病人会存在各种运动，其中有些运动是不可避免的，比如呼吸、吞咽、眼球转动、肌肉运动、脏器蠕动、病人的躁动不配合以及在造影剂注人体时由于病人的自然反应而引起的局部运动等。这些运动会使活片和蒙片之间存在并非由造影剂产生的差异，从而使减影后的图像出现难以预料的背景，称为运动伪影（Motion Artifact）。

在早期DSA中，减少运动伪影的技术主要是在如何去避免病人的运动，以及改进减影方法（如：双能量减影技术）。近年来的研究中，运动伪影主要通过图像配准（Image Registration）的方法被校正。图像配准就是将不同条件下获取的两幅或多幅图像进行匹配、叠加的过程，实质上是两个图像坐标系之间的矩阵变换的计算过程，可以为刚性配准或非刚性配准。图像配准也可以看作是一个运动估计问题，为了获得两幅图像之间的对应关系，必须进行运动估计。运动估计就是自动计算图像中局部运动或某个结构位移的技术。

根据DSA原理，造影剂浓度达到峰值的盈片图像与蒙片图像相减，从而得到清晰的血管造影图像。从注入造影剂开始到血管内造影剂浓度达到峰值这段时间内（约有数秒），检查部位连续成像，将产生一系列血管逐渐清晰的盈片图像，即在一个DSA的DICOM文件中包含了几十张盈片图像数据。在DSA图像序列中，运动像素不仅与同一幅盈片图像中周围的像素相关（空间相关性），而且也与前后几幅盈片图像中周围的像素相关（时间相关性）。基于时空信息的分析方法近年来在数字视频处理中已经得到了广泛的应用，但是由于DSA图像序列中大部分是利用价值不高的、造影剂浓度没有达到峰值的盈片图像（包括到达峰值前以及部分消退图像），所以导致消除运动伪影的效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字减影血管造影运动伪影消除方法及其系统，要解决数字减影血管造影图像中的运动伪影的消除技术问题，并解决盈片图像与蒙片图像精细配准的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种数字减影血管造影运动伪影消除方法，其特征在于步骤如下：步骤1、读取；将数字减影血管造影仪器与计算机连接，在计算机中安装操作系统和图像处理系统，用图像处理软件读入一组DSA图像，并将DSA图像进行预处理。

步骤2、选点；采用边缘检测算法找到每幅DSA图像中血管影像的边缘和边缘点，计算出边缘点的梯度值，根据阈值来判断该点是否作为备选控制点，并选取至少10个备选控制点。

步骤3、构建DSA时空体；将该组DSA二维图像以时间T为轴按拍摄顺序间隔排列成平行六面体空间。

步骤4、时空切片；用切片指令对DSA时空体做垂直方向的时空切片。

步骤5、连轨迹；用图像处理软件将各时空切片对应的各控制点连线，得到各个控制点的运动轨迹。