[发明专利]一种医学图像三维血管显示增强方法

说明书

本发明公开了一种医学图像三维血管显示增强方法，将血管增强看作一个滤波过程，以寻找符合人类血管管状特征的几何结构为主线。该方法首先是基于血管的形状特征，设计出一个类似管状的滤波器；然后是基于血管方向、直径的多样性，构造出一个方向和尺度均可调的滤波器组；最后是将滤波器组与待增强CTA/MRA图像进行空间卷积，经过一系列后处理得到最终增强图像。本发明公开的方法能够有效地改善血管的可视化效果，尤其是血管末梢的微小血管，以及对背景区域(比如相对平坦的面状区域、斑点状区域)与噪声的抑制，为构造一个性能优异的术中导航系统提供了坚实的基础。

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术，尤其涉及CTA/MRA图像的3D血管显示增强方法。

背景技术

人体不同部位的血管可以提供人体相关组织的大量信息，其形态(主要包括血管的直径、血管的分叉角度、血管的弯曲度)、分布都是诊断相关血管疾病的重要指标。人类血管的准确可视化和精确量化对诊断和治疗血管疾病有着重要的意义，成为许多临床实践的重要前提。而血管的狭窄程度是血管疾病严重程度的重要指标，由于其决定着后续的具体治疗方案。不论是介入手术还是搭桥手术都需要一个性能优异的术中导航系统，其能帮助外科医生对三维血管结构有更好地观察。以上临床需求，对三维血管分割技术的完整性、准确度提出了很大的挑战，鉴于临床获取的医学数据低对比度、背景区域复杂、噪声大这一特点，在对三维血管实施分割技术之前，对其与周围背景区域的对比度进行良好地改善及背景区域和噪声的良好抑制是尤为重要的，这就需要一个鲁棒性好的三维血管增强算法，其性能将直接影响血管分割结果的精度、小血管在可视化中的显示效果。

目前，多种血管成像技术已被应用于临床实践中，如数字减影血管造影(DSA)、CT血管造影(CTA)、核磁共振血管造影(MRA)等，但是CTA/MRA数据较为普遍，所以基于该两类数据，发明了本方法，并在该两类数据上进行实践应用。

血管增强算法主要可以分为两大类：其一是固定某一尺度，构建一个由不同方向微分算子组合而成的滤波器进行滤波，简称为扩散滤波器，常见的有边界增强扩散(EED)、血管增强扩散(VED)，该方法由于尺度是固定的，对包含大尺度范围的血管区域存在问题；其二是基于血管函数来迭代多尺度，并通过分析Hessian矩阵的特征值来确定边缘，常见的有Frangi滤波器、Sato滤波器，该方法的问题是忽略了血管的方向。如果能将二者良好地结合，设计出一个多尺度、多方向的3D滤波器组，并利用该滤波器组对3D的CTA/MRA图像进行空间滤波，当尺度、方向与血管实际宽度、方向最匹配时，此滤波器组的输出最大，这样将成功地设计出一个性能优异的滤波器组，不仅能显示大血管，还能保留血管末梢的小血管结构，更能良好地抑制背景区域，解决了血管与其周围背景区域低对比度这一难题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种医学图像三维血管显示增强方法，解决现有的CTA/MRA图像中3D血管显示增强效果差这一难题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种医学图像三维血管显示增强方法，包括如下步骤：

(1)构造多尺度、多方向滤波器组；

(2)设计符合血管管状的滤波器(类似于柱状的椭球体)，并确定滤波器的径向空间频率F；

(3)融合多尺度、多方向滤波器组的滤波结果，获取滤波后的响应图像，显示不同方向的大小血管。

所述步骤(1)中，多尺度、多方向滤波器组的构造方法为：