專利名稱：一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及臨床輔助診斷領(lǐng)域，特別涉及一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法。
背景技術(shù)：
由于人體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不同個(gè)體間的差異性，使得醫(yī)學(xué)圖像病變計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測成為一大難題。目前，臨床上檢測的用于評價(jià)心臟心功能的參數(shù)主要有心室舒張末期容積、收縮末期容積、射血分?jǐn)?shù)、心肌質(zhì)量、每搏輸出量以及Tei指數(shù)(心肌做功指數(shù))。心室容積是臨床心功能評價(jià)的基礎(chǔ)，因此精確地計(jì)算心室容積是心功能評價(jià)的前提條件。傳統(tǒng)的左心室容積主要有以下兩種(I)面積-長度法，該方法將心室假設(shè)成一個(gè)長橢圓體，通過測量橢圓的面積和長度來計(jì)算體積；(2) Simpson法，該方法將左心室腔沿長軸均勻地分成 若干連續(xù)的圓柱體，左心室容積等于各圓柱體容積的總和。傳統(tǒng)方法的缺陷在于需要對心室的集合形狀進(jìn)行假設(shè)，由于心室并不是規(guī)則的橢圓體或者圓柱體，而且計(jì)算的容積包括乳頭肌和肌小梁所占據(jù)的心腔，所以計(jì)算出來的心室容積精度不夠，因此不能準(zhǔn)確的反映心臟的病理現(xiàn)象，有可能導(dǎo)致誤診或錯(cuò)診的嚴(yán)重后果。在現(xiàn)有技術(shù)中基于手動(dòng)分割方法獲取四維心臟心功能參數(shù)是指醫(yī)生利用臨床知識(shí)在醫(yī)學(xué)圖像上勾畫出感興趣的輪廓，其分割精度相比普通的自動(dòng)分割方法要高，但是十分耗時(shí)且工作量大，每分割出一個(gè)完整時(shí)相所需要的時(shí)間在一小時(shí)左右，且受人為因素的影響較大，不同醫(yī)生分割同一數(shù)據(jù)的結(jié)果不同，同一醫(yī)生在不同時(shí)刻分割出的結(jié)果不同，這些缺陷導(dǎo)致的結(jié)果是診斷的差異性大、且操作具有不可重復(fù)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，通過該方法可以獲取到更為精確的心臟心功能參數(shù)。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，包括以下步驟(I)獲取各個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像；(2)利用分割方法對獲取的每個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像切片進(jìn)行自動(dòng)分割，獲得切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌的輪廓；(3)采用體素容積疊加法得到CT圖像切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌輪廓內(nèi)各個(gè)時(shí)相的體素容積，具體步驟如下(3-1)獲取CT圖像在各個(gè)時(shí)相包含的切片數(shù)，獲取各個(gè)時(shí)相的每個(gè)切片中各個(gè)部分輪廓內(nèi)所包含的體素個(gè)數(shù)；(3-2)計(jì)算時(shí)相a的各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積Ji (3-3)將步驟(3-2)中得到的時(shí)相a各個(gè)切片某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積Ji分別乘以相應(yīng)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的個(gè)數(shù)Xi，得到時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積Zi ；(3-4)根據(jù)步驟(3-3)得到時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Zi，然后將此時(shí)相a的各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積相加，得到時(shí)相a的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Va;(3-5)重復(fù)執(zhí)行步驟(3-2)至(3-4)得到各個(gè)時(shí)相的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積；(3-6)依據(jù)步驟(3-1)至(3-5)獲得在各個(gè)時(shí)相的所有切片中左心室、右心室、左心房、右心房、誕狀動(dòng)脈以及心肌輪廊內(nèi)體素容積，即為左心室、右心室、左心房、右心房、誕狀動(dòng)脈以及心肌在各個(gè)時(shí)相的體素容積；其中上述步驟中的某一部分指的是左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈或心肌； (4)通過左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌在各個(gè)時(shí)相的體素容積判斷出心臟的舒張期和收縮期，從而獲取得到心臟的心功能參數(shù)。優(yōu)選的，所述步驟(3-2)中Ji為AVi=ASi^rn*]!, (i = I, 2, 3. . . K)；其中(m，n)為時(shí)相a中相鄰切片的同一像素空間，，Si為時(shí)相a的第i個(gè)與第i+1個(gè)相鄰切片掃描位置之間的距離為時(shí)相a的第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積；其中Ji為^i=ISw-Si I = |bi+1-bj ；其中bi為第i個(gè)切片Si的掃描位置，bi+1為第i+1切片Si+1的掃描位置。優(yōu)選的，所述步驟(3-3)中時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積Zi為；Zi = X^aVi, (i=l,2, 3. ..K)；其中為Xi為時(shí)相a第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的個(gè)數(shù)，Zi為時(shí)相a第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積。優(yōu)選的，所述步驟(3-4)中時(shí)相a的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Va為Va
二 ft優(yōu)選的，所述步驟(I)中通過雙源CT和心電門控技術(shù)獲取四維心臟在各個(gè)時(shí)相的CT圖像。優(yōu)選的，所述步驟(2)中的分割方法為基于配準(zhǔn)的分割方法。優(yōu)選的，所述步驟(3)中的CT圖像每個(gè)切片中各個(gè)部分輪廓內(nèi)所包含的體素個(gè)數(shù)SSmatlab軟件編程獲得。優(yōu)選的，CT圖像在各個(gè)時(shí)相包含的切片數(shù)是相同的。優(yōu)選的，所述步驟(4)中獲取的心臟的心功能參數(shù)包括左心室及右心室的每搏輸出量、射血分?jǐn)?shù)和心肌質(zhì)量；其中左心室在時(shí)相中的最小容積和最大容積分別為左心室的舒張末期容積和收縮末期容積；左心室每搏輸出量等于左心室舒張末期容積減去左心室收縮末期容積，左心室射血分?jǐn)?shù)為左心室每博輸出量與左心室舒張末期的百分比，其中右心室在時(shí)相中的最小容積和最大容積分別為右心室的舒張末期容積和收縮末期容積；右心室每搏輸出量等于右心室舒張末期容積減去右心室收縮末期容積，右心室射血分?jǐn)?shù)為右心室每博輸出量與右心室舒張末期的百分比，心肌質(zhì)量等于心肌容積乘以心肌密度。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(I)本發(fā)明的方法將四維心臟圖像的體素等同于一個(gè)小立方體，計(jì)算CT圖像各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)相當(dāng)于小立方體的體積之和，就得到各個(gè)時(shí)相的體素容積，因而不受左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌的形態(tài)和乳頭肌對心室容積的影響，計(jì)算更加精確。(2)本發(fā)明是將基于配準(zhǔn)的分割算法運(yùn)用到四維心臟心功能評價(jià)參數(shù)的自動(dòng)獲取方法中，該分割算法具有速度快和精確度高的優(yōu)點(diǎn)，因此進(jìn)一步提高了四維心臟心功能評價(jià)參數(shù)檢測的準(zhǔn)確度。
(2)本發(fā)明采用雙源CT和心電圖門控技術(shù)獲取各個(gè)時(shí)相的四維心臟圖像，雙源CT (Dual-source CT，DSCT)用極低的曝光劑量實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的圖像和細(xì)節(jié)，它具有83ms的時(shí)間分辨率，在進(jìn)行心臟圖像采集時(shí)不受心率的影響，能夠支持所有心率的心臟掃描，因此可以獲取到非常理想的四維心臟CT圖像。


圖I為本發(fā)明方法的流程圖。圖2為通過本發(fā)明方法獲取的未成年組左心室容積-時(shí)相曲線。圖3為分別通過本發(fā)明方法和基于手動(dòng)分割方法獲取的未成年組左心室容積-時(shí)相曲線。圖4為通過本發(fā)明方法得到的成年組左心室容積-時(shí)相曲線。圖5為分別通過本發(fā)明方法和基于手動(dòng)分割方法獲取的成年組左心室容積-時(shí)相曲線。圖6為通過本發(fā)明方法獲取的成年組心肌容積-時(shí)相曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖I所示為四維心臟的左心室心功能參數(shù)的獲取方法，包括以下步驟(I)通過雙源CT和心電門控技術(shù)獲取21個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像；(2)利用基于配準(zhǔn)的分割方法對獲取的每個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像切片進(jìn)行自動(dòng)分割，獲得切片中左心室的輪廓；(3)采用體素容積疊加法得到切片中左心室輪廓內(nèi)各個(gè)時(shí)相的體素容積，具體步驟如下(3-1)獲取CT圖像在各個(gè)時(shí)相包含的切片數(shù)K，通過matlab軟件獲取各個(gè)時(shí)相的每個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)所包含的體素個(gè)數(shù)；(3-2)計(jì)算時(shí)相a的各個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積Ji AVi=ASi^m*]!, (i=l, 2, 3. . . K)；其中(m，n)為時(shí)相a中相鄰切片的同一像素空間，，Si為時(shí)相a的第i個(gè)與第i+1個(gè)相鄰切片掃描位置之間的距離；Ji即為時(shí)相a的第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積；其中第i個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)像素點(diǎn)的像素空間Pl為(m，n)，第i個(gè)切片的掃描位置Si為匕；第i+1個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)像素點(diǎn)的像素空間P2為(m，n)，第i+1切片的掃描位置是Si+1為bi+1，第i+1個(gè)切片和第i個(gè)切片掃描位置之間的距離，Si為^i=ISw-Si I = |bi+1-bj ；(3-3)根據(jù)步驟(3-2)得到在時(shí)相a的每個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)的體素容積Zi = X^aVi, (i=l,2, 3. ..K)；其中為Xi為時(shí)相a第i個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)體素的個(gè)數(shù),Zi為時(shí)相a中第i個(gè)切片中左心室輪廓內(nèi)體素的容積；(3-4)根據(jù)步驟(3-3)得到時(shí)相a各個(gè)切片中左心室輪廓的體素容積，然后將此時(shí)相a的各個(gè)切片中左心室輪廓的體素容積相加，得到此時(shí)相的所有切片中左心室輪廓的體素容積
權(quán)利要求
1.一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)獲取各個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像； (2)利用分割方法對獲取的每個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像切片進(jìn)行自動(dòng)分割，獲得切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌的輪廓； (3)采用體素容積疊加法得到CT圖像切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌輪廓內(nèi)各個(gè)時(shí)相的體素容積，具體步驟如下 (3-1)獲取CT圖像在各個(gè)時(shí)相包含的切片數(shù)，獲取各個(gè)時(shí)相的每個(gè)切片中各個(gè)部分輪廓內(nèi)所包含的體素個(gè)數(shù)； (3-2)計(jì)算時(shí)相a的各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積Ji (3-3)將步驟(3-2)中得到的時(shí)相a各個(gè)切片某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積，Vi乘以相應(yīng)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的個(gè)數(shù)，得到時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積Zi ； (3-4)根據(jù)步驟(3-3)得到時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Zi，然后將此時(shí)相a的各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積相加，得到時(shí)相a的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Va ； (3-5)重復(fù)執(zhí)行步驟(3-2)至(3-4)得到各個(gè)時(shí)相的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積； (3-6 )依據(jù)步驟(3-1)至(3-5 )獲得在各個(gè)時(shí)相的所有切片中左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌輪廓內(nèi)體素容積，即為左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌在各個(gè)時(shí)相的體素容積；其中上述步驟中的某一部分指的是左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈或心肌； (4)通過左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌在各個(gè)時(shí)相的體素容積判斷出心臟的舒張期和收縮期，從而獲取得到心臟的心功能參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(3-2)中 Ji 為: Ji=ASi*!!!*]!, (i = I, 2, 3. . . K)； 其中(m，η)為時(shí)相a中相鄰切片的同一像素空間，K為CT圖像在時(shí)相a時(shí)包含的切片數(shù)，為時(shí)相a的第i個(gè)與第i+Ι個(gè)相鄰切片掃描位置之間的距離'Ji為時(shí)相a的第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)的單個(gè)體素容積； 其中A為 ASi=I Sw-Si I = |bi+1-bj ； 其中4為第i個(gè)切片Si的掃描位置，bi+1為第i+Ι切片Si+1的掃描位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(3-3)中時(shí)相a各個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積Zi為； Zi =(i = 1,2, 3. ..K)； 其中為Xi為時(shí)相a第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的個(gè)數(shù)，Zi為時(shí)相a第i個(gè)切片中某一部分輪廓內(nèi)體素的容積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(3-4)中時(shí)相a的所有切片中某一部分輪廓內(nèi)的體素容積Va為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟Cl)中通過雙源CT和心電門控技術(shù)獲取四維心臟在各個(gè)時(shí)相的CT圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(2)中的分割方法為基于配準(zhǔn)的分割方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(3)中的CT圖像每個(gè)切片中各個(gè)部分輪廓內(nèi)所包含的體素個(gè)數(shù)通過matlab軟件編程獲得。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，CT圖像在各個(gè)時(shí)相包含的切片數(shù)是相同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，所述步驟(4)中獲取的心臟的心功能參數(shù)包括左心室及右心室的每搏輸出量、射血分?jǐn)?shù)和心肌質(zhì)量；其中左心室在時(shí)相中的最小容積和最大容積分別為左心室的舒張末期容積和收縮末期容積；左心室每搏輸出量等于左心室舒張末期容積減去左心室收縮末期容積，左心室射血分?jǐn)?shù)為左心室每博輸出量與左心室舒張末期的百分比，其中右心室在時(shí)相中的最小容積和最大容積分別為右心室的舒張末期容積和收縮末期容積；右心室每搏輸出量等于右心室舒張末期容積減去右心室收縮末期容積，右心室射血分?jǐn)?shù)為右心室每博輸出量與右心室舒張末期的百分比，心肌質(zhì)量等于心肌容積乘以心肌密度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四維心臟心功能參數(shù)自動(dòng)獲取方法，其特征在于，包括以下步驟(1)獲取各個(gè)時(shí)相的四維心臟CT圖像；(2)利用分割方法對獲取到的四維心臟圖像進(jìn)行自動(dòng)分割，獲得左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌的輪廓；(3)采用體素容積疊加法分別計(jì)算出左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌的輪廓在各個(gè)時(shí)相的體素容積；(4)通過左心室、右心室、左心房、右心房、冠狀動(dòng)脈以及心肌在各個(gè)時(shí)相的容積判斷出心臟的舒張期和收縮期，從而獲取得到心臟的心功能參數(shù)。通過本發(fā)明方法獲得的心臟心功能參數(shù)在精確度上有了較大的提高。
文檔編號A61B6/03GK102961161SQ201210497330
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者楊榮騫, 謝姿, 歐陜興, 黎麗華, 吳效明 申請人:華南理工大學(xué)