[发明专利]一种医学图像三维血管显示增强方法

摘要

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。

主权项

1.一种医学图像三维血管显示增强方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)构造多尺度、多方向滤波器组；具体构造方法为：(11)首先构造n个尺度的滤波器小组，将第j个滤波器小组的尺度记为mj，将mj尺度滤波器的高斯标准差记为σj，将mj尺度滤波器的径向空间频率记为Fj，所有n个滤波器小组的尺度为M＝[m1,m2,…,mj,…,mn]，各尺度下的高斯标准差为Σ＝[σ1,σ2,…,σj,…,σn]，各尺度下的径向空间频率为F＝[F1,F2,…,Fj,…,Fn]；(12)第j个滤波器小组包括l个滤波器，l个滤波器分别对应l个方向，l个方向按照如下步骤确定：在单位球体的球面上均匀选取2l个点，鉴于球体的对称性，选取出半个球面上的l个点；以单位球体的球心为原点O，建立右手三维笛卡尔坐标系(x,y,z)，球面上第i个点Pi的三维坐标记为(xi,yi,zi)，1≤i≤l；将三维坐标(x_i,y_i,z_i)转换为球坐标(α_i,β_i)，α_i表示OP_i在x‑y面的投影与x轴正半轴的夹角，β_i表示OP_i与x‑y面的夹角，‑π＜α_i＜π，(α_i,β_i)决定第i个滤波器的方向，该方向对应的三维坐标旋转矩阵为；(2)设计符合血管管状的滤波器，并确定滤波器的径向空间频率F；第j个滤波器小组中第i个滤波器的设计方法为：(21)在右手三维笛卡尔坐标系(x,y,z)上建立边长为m_j的正方体，该正方体的中心与坐标系的原点O重合，该正方体的边与坐标系的轴平行；将该正方体内第j个点P_j的三维坐标记为(x_j,y_j,z_j)，x_j,y_j,z_j均为整数，且(22)基于如下数学表达式，生成尺度为mj的3D高斯球，第j个点Pj对应的值为gj(xj,yj,zj)：其中：σx表示gj(xj,yj,zj)在x轴上的标准差，σy表示gj(xj,yj,zj)在y轴上的标准差，σz表示gj(xj,yj,zj)在z轴上的标准差，且σx＝σy＝σz＝σj；(23)基于如下数学表达式，生成尺度为mj、母线方向为(cosβicosαi,cosβisinαi，sinβi)的圆柱体，第j个点Pj对应的值为srij(xj,yj,zj)：其中：P_ij＝R_i×P_j；(24)基于如下数学表达式，生成尺度为mj、主轴方向为(cosβicosαi,cosβisinαi，sinβi)的卷积模板hij(xj,yj,zj)：hij(xj,yj,zj)＝gj(xj,yj,zj)×srij(xj,yj,zj)对hij(xj,yj,zj)进行归零处理，得到第j个滤波器小组中第i个滤波器，该滤波器的尺度为mj，方向为(αi,βi)(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。