[发明专利]多参数模型指导的迭代提取血管造影图像运动参数的方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理与医学成像的交叉领域，更具体地，涉及一种多参数模型指导的迭代提取血管造影图像运动参数的方法。

背景技术

在X射线造影系统中，由于呼吸运动的影响，冠状动脉血管在造影面上的图像会发生二维运动。在造影过程中，医生为了能够使造影序列覆盖整个冠脉系统，可能会移动导管床，会导致一个成像序列的不同帧之间整体存在二维平移。因此，冠脉造影图像一方面记录有心脏自身运动在二维平面上的投影，同时也叠加有人体的呼吸运动引起的冠状动脉在造影面上的二维运动和病人的二维平移运动。那么，要从动态二维血管造影图重建三维心血管树，则需将人体的心脏运动，呼吸运动和平移运动等分离开来。

在造影过程中病人平移将直接影响运动分离的结果，而将平移运动分离实际上是进行帧间图像配准，现有的医学图像配准分外部和内部。外部配准方法是在造影前设置一些标记，在造影过程中跟踪它们，但是这种标记法通常是具有侵入性的；内部配准方法分为标记法和分割法等，标记法是在图中选取一些解剖结构点来进行配准。然而并不是每幅图都具有这样的解剖结构点，而且也需要熟悉人体解剖结构。分割法通过分割出来的解剖结构线来配准，既适用于刚体模型也适用于形变模型，但是它只能提取出解剖结构线的运动，不能单独分离出整体的刚性平移运动。然而造影图中表观的血管运动不仅包含了病人平移，还有血管自身的生理运动和呼吸运动。

也有文献中报导了将心脏运动和呼吸运动分离的方法，其中一种方法是预先在体内的一些器官如心脏、膈肌等设置标记点，然后对它们进行跟踪，把跟踪这些结构特征点所得到的运动曲线近似为呼吸运动。无论是直接手动跟踪造影图中的非心脏结构特征点，还是在造影同时就记录这些点的运动，都是有缺陷的。前者主要在于它的适用性很差；后者的实现需要大量实验控制，对一般的临床应用不合适。

另外一种方法是在双臂x射线造影条件下获得呼吸和心脏运动参数，该方法必须先重构出冠脉的三维运动序列而后分解得到呼吸和心脏运动，处理过程十分复杂。在单臂三维重建中，参与重建的两幅不同角度的造影图像呼吸运动时相不同，所以文献的方法不适用于单臂造影系统。特别地，实际临床应用中，由于造影剂对人体的毒害性，造影时间通常是很短的，我们得到的造影图像的长度有限，从而导致造影图像中的结构特征点的运动是有限长的，这种有限长的运动中包含有周期分量、非周期分量和周期不完整的分量，因此，常规的离散傅里叶变换不能分离。

在申请号为201310750294.5的发明申请“单臂X射线血管造影图像多运动参数分解估计方法”中，虽然也是使用的傅里叶频域分离，但是它不能自动的将各运动参数通过循环迭代的方法自动提取，这样得到的各运动参数不够准确，此方法的鲁棒性不高。申请号为201310752751.4的发明申请“一种X射线血管造影图像中多运动参数的分解估计方法”中采用的是经验模态分解(Empirical Mode Decomposed，简称EMD)的方法估计各参数，同样得到的各运动参数不够准确，鲁棒性不高。

本发明提出了一种自动不断循环优化迭代从X射线造影序列图像中提取平移运动，呼吸运动和心脏运动等多运动参数的方法，通过在冠脉血管上选取一些特征点并在序列中进行跟踪得到它们随时间的运动曲线，然后在多运动参数模型约束下，以离散傅里叶正-反变换和估计的重建信号与原始信号在频域中各频点的局部均方误差最小为准则，通过循环迭代使原始信号与重建信号的差值信号均方最小的优化方法对这些运动分量进行优化处理，得到二维心脏、震颤、呼吸和平移等最优运动曲线。具有很好的临床适用性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多参数模型指导的迭代提取血管造影图像运动参数的方法，其目的在于，解决现有方法中存在的不能自动提取平移运动、以及不能准确分离呼吸和心脏等运动的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多参数模型指导的迭代提取血管造影图像运动参数的方法，包括以下步骤：

(1)从造影图序列的医学图像中自动选取I个血管结构特征点，并分别对这些特征点在整个造影图序列中进行自动跟踪，以得到每个特征点的跟踪序列{s_i(n),i＝1,…,I}，其中n表示医学图像在造影图序列中的帧号：

(2)利用离散傅里叶变换对步骤(1)获得的每个特征点的跟踪序列{s_i(n),i＝1,…,I}进行处理，以生成离散傅里叶变换结果S_i(k)：