專(zhuān)利名稱：一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬磁共振成像的技術(shù)領(lǐng)域，具體的是指一種自動(dòng)準(zhǔn)確定位4D心臟磁共振圖像左心室、自動(dòng)識(shí)別左心室底部和頂部位置，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分割量化整個(gè)心臟磁共振圖像左心室的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，心臟疾病已成為危害人類(lèi)身體健康的頭號(hào)殺手。為了提高生活質(zhì)量降低心臟病死亡率，現(xiàn)已發(fā)展大量技術(shù)用于臨床前瞻性地診斷和治療心臟疾病。借助醫(yī)學(xué)影像技術(shù)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)心臟疾病已成為當(dāng)今臨床診斷心臟疾病、制定治療方案的常規(guī)有效手段。磁共振成像具有無(wú)損傷、軟組織對(duì)比度高、視野廣闊、可任意斷層成像等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。據(jù)研究表明，心臟磁共振成像精度高，可重復(fù)性好，在臨床上的應(yīng)用越來(lái)越廣，已成為估計(jì)心臟功能、評(píng)價(jià)心肌變異、檢測(cè)心肌疤痕和先天心臟疾病的黃金標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用心臟磁共振圖像不僅可以觀察到心臟的形態(tài)結(jié)構(gòu)，還可以估計(jì)心臟的功能狀態(tài)，能夠幫助醫(yī)生對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能做出正確的判斷。由于左心室是全身血液循環(huán)的泵體，左心室功能指標(biāo)，例如左心室舒縮容積(包括舒張末期容積和收縮末期容積，是評(píng)價(jià)心室形態(tài)功能的基本指標(biāo))、左心室每博輸出量 (從左心室泵出經(jīng)主動(dòng)脈瓣進(jìn)入主動(dòng)脈的血液體積，是反映心臟收縮強(qiáng)度和速度的重要指標(biāo))和左心室射血分?jǐn)?shù)(左心室每搏輸出量與舒張末期容量比值，是評(píng)價(jià)心臟泵功能的重要指標(biāo)之一)，是臨床診斷心臟疾病及療效的重要參考，量化左心室功能指標(biāo)也就成為臨床診斷和治療心臟病采用的常規(guī)手段。分割左心室是量化左心室功能指標(biāo)的前提。在標(biāo)準(zhǔn)的臨床實(shí)踐中，心室分割都是由有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師手工描繪的。然而，臨床圖像數(shù)據(jù)量很大，手動(dòng)分割一般只對(duì)舒張末期和收縮末期的圖像，并且在描繪像小梁肌、乳頭肌等復(fù)雜的心肌結(jié)構(gòu)時(shí)存在主觀差異。由此可見(jiàn)，手工分割心室十分耗時(shí)，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，可重復(fù)性差。因此，自動(dòng)高效精確分割量化左心室一直是當(dāng)前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。迄今為止，左心室分割算法已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。這些算法包括傳統(tǒng)的邊緣提取、 區(qū)域增長(zhǎng)，以及一些基于特定理論的方法，如水平集算法、遺傳算法等等。然而，這些算法幾乎都只在分割被心肌完全包圍的左心室時(shí)有效，大致還存在如下一些問(wèn)題不能自動(dòng)精確有效定位左心室，不能自動(dòng)識(shí)別左心室的底部和頂部，不能自動(dòng)提取左心室底部血液體積。 也就是說(shuō)，在分割量化左心室功能參數(shù)之前，仍然需要手動(dòng)定位左心室，手動(dòng)確定左心室的底部和頂部的位置，手動(dòng)封閉底部左心室等，同時(shí)還需手動(dòng)校正一些分割效果不好的圖像。 此外，雖然臨床中已經(jīng)使用一些商業(yè)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純手動(dòng)分割，但是由于受到算法的局限，仍然需要大量的手動(dòng)介入才能完成左心室的功能指標(biāo)量化。因此，臨床上仍急需一種可靠有效的全自動(dòng)方法來(lái)進(jìn)一步提高心臟功能參數(shù)的精確性和可重復(fù)性，提高工作效率，減輕工作強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種自動(dòng)定位4D心臟磁共振圖像左心室、自動(dòng)識(shí)別左心室底部和頂部位置，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，該方法的具體實(shí)施步驟是(1)對(duì)4D心臟磁共振圖像進(jìn)行自動(dòng)去噪和邊緣增強(qiáng)處理；(2)初步確定左心室中心，以該中心為初始種子點(diǎn)實(shí)施區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)提出左心室全體素血液區(qū)域計(jì)算該區(qū)域的質(zhì)心，并將其確定為當(dāng)前層面左心室中心；實(shí)施種子繁殖技術(shù)估計(jì)剩余層面左心室中心；(3)以步驟O)中確定的左心室中心為起始種子點(diǎn)，對(duì)左心室中部層面采用基于迭代下降閾值的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)提出左心室血液區(qū)域并計(jì)算相應(yīng)面積；(4)以步驟O)中確定的左心室中心為起始種子點(diǎn)，對(duì)左心室中部層面采用基于迭代下降閾值的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)提取每一層圖像在所有時(shí)相上的血液區(qū)域并計(jì)算相應(yīng)面積，根據(jù)提取區(qū)域面積變化的時(shí)空連續(xù)性自動(dòng)定位心臟左心室頂部，并校正估算左心室頂部的面積；(5)根據(jù)左心室面積和形狀時(shí)空連續(xù)性定位左心室底部，利用受形狀約束的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)分割心臟左心室底部并對(duì)分割出的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)校正；(6)根據(jù)左心室的面積計(jì)算左心室功能指標(biāo)包括左心室舒縮容積、每博輸出量、 射血分?jǐn)?shù)，并描繪充盈曲線。優(yōu)選的，所述步驟(1)中對(duì)4D心臟磁共振圖像的處理采用anisotropic diffusion 方法。優(yōu)選的，所述步驟O)中在提出左心室全體素血液區(qū)域之前，對(duì)左心室中部層面舒張末期和收縮末期減影圖像進(jìn)行Hough變換。優(yōu)選的，所述步驟O)中的種子繁殖技術(shù)是以臨近以層面的已經(jīng)確定得左心室中心為當(dāng)前層面的初始種子點(diǎn)，實(shí)施區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)提取全血體素左心室區(qū)域，并將該區(qū)域重心確定為當(dāng)前層面的左心室中心。優(yōu)選的，所述步驟中采用先從左心室中部層面沿著左心室頂部方向進(jìn)行左心室中心繁殖，以該中心為起始種子點(diǎn)實(shí)行基于迭代下降閾值法的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)來(lái)自動(dòng)提取每一層圖像在所有時(shí)相上的血液區(qū)域。所述閾值續(xù)下降閾值可由如下公式得到th = ub/r上述公式中，μ b為血液區(qū)域的均值，r是一個(gè)變量，初始值是1. 0，以步長(zhǎng)0. 05遞
+曰O優(yōu)選的，所述步驟中當(dāng)某一層有部分相位生長(zhǎng)區(qū)域面積發(fā)生躍變，根據(jù)時(shí)間連續(xù)性采用如下公式估計(jì)面積
權(quán)利要求
1.一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，該方法的具體實(shí)施步驟是(1)對(duì)4D心臟磁共振圖像進(jìn)行自動(dòng)去噪和邊緣增強(qiáng)處理；(2)初步確定左心室中心，以該中心為初始種子點(diǎn)實(shí)施區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)提出左心室全體素血液區(qū)域計(jì)算該區(qū)域的質(zhì)心，并將其確定為當(dāng)前層面左心室中心；實(shí)施種子繁殖技術(shù)估計(jì)剩余層面左心室中心；(3)以步驟O)中確定的左心室中心為起始種子點(diǎn)，對(duì)左心室中部層面采用基于迭代下降閾值的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)提出左心室血液區(qū)域并計(jì)算相應(yīng)面積；(4)以步驟O)中確定的左心室中心為起始種子點(diǎn)，對(duì)左心室中部層面采用基于迭代下降閾值的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)提取每一層圖像在所有時(shí)相上的血液區(qū)域并計(jì)算相應(yīng)面積， 根據(jù)提取區(qū)域面積變化的時(shí)空連續(xù)性自動(dòng)定位心臟左心室頂部，并校正估算左心室頂部的面積；(5)根據(jù)左心室面積和形狀時(shí)空連續(xù)性定位左心室底部，利用受形狀約束的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)分割心臟左心室底部并對(duì)分割出的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)校正；(6)根據(jù)左心室的面積計(jì)算左心室功能指標(biāo)包括左心室舒縮容積、每博輸出量、射血分?jǐn)?shù)，并描繪充盈曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟(1)中對(duì)4D心臟磁共振圖像的處理采用anisotropic diffusion方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟O)中在提出左心室全體素血液區(qū)域之前，對(duì)左心室中部層面舒張末期和收縮末期減影圖像進(jìn)行Hough變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟O)中的種子繁殖技術(shù)是以臨近以層面的已經(jīng)確定得左心室中心為當(dāng)前層面的初始種子點(diǎn)，實(shí)施區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)提取全血體素左心室區(qū)域，并將該區(qū)域重心確定為當(dāng)前層面的左心室中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟中采用先從左心室中部層面沿著左心室頂部方向進(jìn)行左心室中心繁殖，以該中心為起始種子點(diǎn)實(shí)行基于迭代下降閾值法的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)來(lái)自動(dòng)提取每一層圖像在所有時(shí)相上的血液區(qū)域。所述閾值續(xù)下降閾值可由如下公式得到
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟中當(dāng)某一層有部分相位生長(zhǎng)區(qū)域面積發(fā)生躍變，根據(jù)時(shí)間連續(xù)性采用如下公式估計(jì)面積
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟中某一層所有相位生長(zhǎng)區(qū)域面積都發(fā)生躍變，將心室頂部視為圓錐或橢圓錐，根據(jù)空間連續(xù)性采用如下公式估計(jì)面積A(p, s) = 9A(p, s-2) + 4A(p, 5-3)-12^A(p,s-2)xA(p,s-3)其中，S代表第S層，P代表發(fā)生躍變的時(shí)相。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其特征在于，所述步驟(5)中采用先從左心室中部層面沿著左心室底部方向進(jìn)行左心室中心繁殖，以該中心為起始種子點(diǎn)實(shí)行基于迭代下降閾值法的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)來(lái)自動(dòng)提取每一層圖像在所有時(shí)相上的血液區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全自動(dòng)分割量化心臟磁共振圖像左心室的方法，其具體步驟是先對(duì)4D心臟磁共振圖像進(jìn)行自動(dòng)去噪和邊緣增強(qiáng)處理；利用霍夫變換自動(dòng)初步確定左心室中心，以此作為起始種子點(diǎn)實(shí)施區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)提出左心室全體素血液區(qū)域，以該區(qū)域質(zhì)心為當(dāng)前層面左心室中心；利用種子繁殖技術(shù)找到每一層面中心；以每一層面左心室中心為起始種子點(diǎn)，實(shí)施基于迭代下降閾值區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)提出每一層面左心室血液區(qū)域并計(jì)算其面積；然后根據(jù)左心室面積時(shí)空連續(xù)性自動(dòng)分割左心室頂部并計(jì)算其面積；根據(jù)左心室面積和形狀時(shí)空連續(xù)性定位左心室底部，并采用受時(shí)空連續(xù)左心室形狀約束的區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)自動(dòng)分割心臟左心室底部并計(jì)算其面積；最后實(shí)現(xiàn)左心室圖像的整體分割。本發(fā)明是一個(gè)全自動(dòng)過(guò)程，無(wú)需任何手動(dòng)介入。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102397070SQ20111002784
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者李建奇, 王麗嘉, 裴孟超 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué), 無(wú)錫宙示醫(yī)學(xué)軟件開(kāi)發(fā)有限公司