[发明专利]序列图像多参数配准的X射线心血管造影减影方法及系统

说明书

本发明公开了一种序列图像多参数配准的X射线心血管造影减影方法及系统，属于医学成像技术领域。先由X射线造影图像序列结构特征提取和迭代优化，分离出冠脉造影序列图像中的心跳信号、呼吸信号和平移运动信号。利用这些运动信号，从冠脉造影序列图像中，自动选择成对的时相相同的蒙片或活片，消除蒙片序列与活片序列之间可能存在的平移运动、呼吸运动和心脏旋转运动。最后采用减影的步骤，从冠脉造影图中提取较为完整清晰的冠脉血管序列。通过本发明在一个冠脉血管造影序列中，不同心动周期各个时相造影图像可以相互对应起来，这样就找到了与每个蒙片背景最相近的冠脉造影图，充分的利用了序列图像本身提供的血管运动信息。

技术领域

本发明属于医学成像技术领域，更具体地，涉及一种序列图像多参数配准的X射线心血管造影减影方法及系统。

背景技术

数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography,DSA)技术是一种应用于介入放射学的透视技术，可以在骨骼或密集的软组织环境中清晰地显现出血管，是血管疾病无创诊断的重要依据。医生在对患者进行冠状动脉造影检查时，由于造影剂对人体有害，注入在人体内的造影剂停留的时间不会很久，一般情况下，一个冠脉造影图序列只会持续6s左右不会超过10s。成人正常心跳在60-100次/分钟，一个心动周期在0.6-1.0s之间。而造影过程中，图像采样帧数在80ms/frame左右，因此一个冠脉血管造影图序列中存在多个心动周期。

在一个冠脉血管造影图像序列中，当造影剂(contrast agent)还没有进入血管时，造影图中不会出现冠脉血管，我们称之为蒙片(mask)。当造影剂逐渐充满血管，产生的造影图像称之为活片(live)。所谓的减影就是将活片与蒙片相减，理想的情况下会得到只含冠脉血管的图像。但是心脏在三维空间的运动十分复杂，在冠脉造影序列图像中含有心脏的跳动信号和患者的呼吸运动信号。另外，医生在使用单臂X射线造影系统时，为了使造影成像图中包含有整个冠脉血管，可能会移动造影平台，这就造成在X射线造影序列图像中可能还会有患者身体的二维平移运动信号。

图像配准就是要使在不同时间，不同视角或不同传感器获取的两幅图像或者多幅图像在空间上对齐。配准算法可以大致分为四个步骤：特征检测，特征匹配，变换模型的估计以及图像重采样与变换。配准的算法大致可以分成两大类，一种是基于区域的图像配准，另一种是基于特征的图像配准。前者将特征检测步骤与匹配部分合并，直接比较参考图像与待配准图像感兴趣区域之间灰度差异，寻找最小差异达到配准的效果，如归一化互相关法、Fourier法以及互信息法。后者是基于图像中突出的结构特征的提取，如特征点、特征线等，通过空间关系法、固定特征描述子法、金字塔法和小波变换等方法达到图像配准的效果。

但是图像配准在过去都是使用一对图像，利用的是参考图像与待配准图像中的特征区域或者特征结构。在冠脉造影图像序列中，既有造影剂没有进入血管的造影图(蒙片)，也有造影剂逐渐充满血管的造影图(活片)，蒙片与活片的配准非常困难。造影序列图像中包含了冠脉血管的运动参数信息，此前已有的配准方法没有用到图像序列中包含的运动参数信息。

在冠脉造影序列图像中，由于蒙片和活片的心动周期相位不吻合，直接采用减影的操作得到的结果中含有大量的背景伪像。因此必须采取某种手段寻找时相相同的蒙片与活片。为了解决这个问题，目前多采用心电门控做同步信号，该方法在采集冠脉血管造影图时，需要心电门控信号作为获取造影图像的触发信号。在造影剂还未进入血管时，以R波(心电脉冲峰值)为起点采集的造影图，找到与R波同相位的一帧作为第一帧蒙片。在造影剂充满血管时，也以R波为起点采集造影图。检查结束后，可以抽取时相相同的蒙片序列片段与活片序列进行减影，如图3所示。但是心电门控技术复杂，现有的血管造影系统很多没有相应的心电门控，这也使得很多冠脉血管造影图像没有对应的心电图。

发明内容