專利名稱：一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。特別是一種造影圖像中運動偽影的消除方法 和偽影消除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些先進的技術(shù)手段和計算機科學(xué)技術(shù)正在不斷地應(yīng) 用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。特別是在放射診斷和治療學(xué)科中，計算機圖像處理技術(shù)正發(fā)揮著越來越重 要的作用。
目前，數(shù)字減影血管造影(DigitalSubtractionAngiography，DSA)是血管可視化的關(guān) 鍵技術(shù)，國內(nèi)最早于1984年引進了 DSA設(shè)備，并在全國迅速推廣。在普通的X光圖像中，由 于血管與其周圍組織的對比度非常小，若要單純對血管進行細微觀察就較為困難。為了獲 得更清晰的血管圖像，通常將造影劑(不透光的碘溶液)注入需要診斷的血管中以提高血管 的對比度。病人在檢查臺上接受多次X射線的照射，第一次是未注射造影劑時拍攝的X光 片，稱為蒙片(MaskImage)。經(jīng)導(dǎo)管向病變區(qū)域或檢查區(qū)域血管內(nèi)快速注入有機碘水造影 齊U，注入血管造影劑之后拍攝的X光片稱為活片或盈片(Livelmage)。從注入造影劑開始到 血管內(nèi)造影劑濃度達到峰值這段時間內(nèi)，使檢查部位連續(xù)成像。在這一系列圖像中，取蒙片 圖像與造影劑濃度達到峰值的盈片圖像執(zhí)行減法操作，可以去除非感興趣組織(如肌肉、骨 骼)對X射線吸收形成的背景圖像，從而得到清晰的血管造影圖像。假設(shè)在血管周圍組織、成像條件完全不變的情況下，將蒙片與活片相減，如果活片 與蒙片的背景(如肌肉、骨骼)完全對應(yīng)，且有相同的灰度分布，則這些背景將被完全消除， 即理論上可以得到僅包含血管的清晰數(shù)字減影圖像。但在臨床應(yīng)用中，這種理論假設(shè)總是 不成立的。由于蒙片和活片序列在不同時刻拍攝，在成像的同時，病人會存在各種運動，其 中有些運動是不可避免的，比如呼吸、吞咽、眼球轉(zhuǎn)動、肌肉運動、臟器蠕動、病人的躁動不 配合以及在造影劑注人體時由于病人的自然反應(yīng)而引起的局部運動等。這些運動會使活片 和蒙片之間存在并非由造影劑產(chǎn)生的差異，從而使減影后的圖像出現(xiàn)難以預(yù)料的背景，稱 ^jiE 云力 i^di (MotionArtifact)。在早期DSA中，減少運動偽影的技術(shù)主要是在如何去避免病人的運動，以及 改進減影方法(如雙能量減影技術(shù))。近年來的研究中，運動偽影主要通過圖像配準(zhǔn) (ImageRegistration)的方法被校正。圖像配準(zhǔn)就是將不同條件下獲取的兩幅或多幅圖像 進行匹配、疊加的過程，實質(zhì)上是兩個圖像坐標(biāo)系之間的矩陣變換的計算過程，可以為剛性 配準(zhǔn)或非剛性配準(zhǔn)。圖像配準(zhǔn)也可以看作是一個運動估計問題，為了獲得兩幅圖像之間的 對應(yīng)關(guān)系，必須進行運動估計。運動估計就是自動計算圖像中局部運動或某個結(jié)構(gòu)位移的 技術(shù)。根據(jù)DSA原理，造影劑濃度達到峰值的盈片圖像與蒙片圖像相減，從而得到清晰 的血管造影圖像。從注入造影劑開始到血管內(nèi)造影劑濃度達到峰值這段時間內(nèi)(約有數(shù)秒)，檢查部位連續(xù)成像，將產(chǎn)生一系列血管逐漸清晰的盈片圖像，即在一個DSA的DICOM文件中包含了幾十張盈片圖像數(shù)據(jù)。在DSA圖像序列中，運動像素不僅與同一幅盈片圖像中 周圍的像素相關(guān)(空間相關(guān)性)，而且也與前后幾幅盈片圖像中周圍的像素相關(guān)(時間相關(guān) 性)?；跁r空信息的分析方法近年來在數(shù)字視頻處理中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于 DSA圖像序列中大部分是利用價值不高的、造影劑濃度沒有達到峰值的盈片圖像(包括到達 峰值前以及部分消退圖像)，所以導(dǎo)致消除運動偽影的效果不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除方法及其系統(tǒng)，要解決 數(shù)字減影血管造影圖像中的運動偽影的消除技術(shù)問題，并解決盈片圖像與蒙片圖像精細配 準(zhǔn)的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消 除方法，其特征在于步驟如下步驟1、讀取；將數(shù)字減影血管造影儀器與計算機連接，在計 算機中安裝操作系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，用圖像處理軟件讀入一組DSA圖像，并將DSA圖像進 行預(yù)處理。步驟2、選點；采用邊緣檢測算法找到每幅DSA圖像中血管影像的邊緣和邊緣點， 計算出邊緣點的梯度值，根據(jù)閾值來判斷該點是否作為備選控制點，并選取至少10個備選 控制點。步驟3、構(gòu)建DSA時空體；將該組DSA 二維圖像以時間T為軸按拍攝順序間隔排列 成平行六面體空間。步驟4、時空切片；用切片指令對DSA時空體做垂直方向的時空切片。步驟5、連軌跡；用圖像處理軟件將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線，得到各個控 制點的運動軌跡。步驟6，分析DSA像素的時空運動特性；選擇運動軌跡變化最大的10個反映DSA圖 像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點。步驟7、三角剖分；用三角剖分的方法將所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像 剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格。步驟8、仿射變換(affinetransfomation)；采用仿射變換法進行初步幾何校正。步驟9、時空卷繞；用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位 置，逐幅確定圖像非控制點的位移。步驟10、優(yōu)化；采用Powell優(yōu)化算法來優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程。步驟11、配準(zhǔn)；選擇三次樣條插值算法進行亞像素級的配準(zhǔn)。步驟12、灰度校正；逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正。步驟13，對數(shù)減影；用對數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像。所述邊緣檢測算法是Carmy算子或高斯-拉普拉斯算子 (Gauss—Laplacianoperator)ο一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除系統(tǒng)，包括DSA設(shè)備、實現(xiàn)運動偽影消除的 DSA軟件工作站、DSA膠片打印機、圖像顯示系統(tǒng)、外部存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，它的DSA軟 件工作站包括以下部分輸入接口 用于接收DSA設(shè)備輸出的DICOM圖像。
存儲器用于存儲操作系統(tǒng)、圖像處理軟件、圖像分析數(shù)據(jù)和圖像資料； 數(shù)字減影部分采用本發(fā)明的算法進行數(shù)字減影。DSA軟件工作站用于讀入DSA圖像，并將DSA圖像進行預(yù)處理；采用邊緣檢測算 法找到每幅DSA圖像中血管影像的邊緣和邊緣點，計算出邊緣點的梯度值，根據(jù)閾值來判 斷該點是否作為備選控制點，并選取至少10個備選控制點；用于構(gòu)建DSA時空體；將該組 DSA 二維圖像以時間T為軸按拍攝順序間隔排列成平行六面體空間；用于進行時空切片；用 切片指令對DSA時空體做垂直方向的時空切片；用于將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線， 得到各個控制點的運動軌跡；用于分析DSA像素的時空運動特性；選擇運動軌跡變化最大 的10個反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點；用三角剖分的方法將所有的控制點作為 三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格；用于采用仿射變換法進行初步幾何校 正；用于作時空卷繞；用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位置，逐幅 確定圖像非控制點的位移；采用Powell優(yōu)化算法來優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程；選 擇三次樣條插值算法進行亞像素級的配準(zhǔn)；用于逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正；用 對數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像。膠片打印控制部分控制DSA圖像的膠片打印。圖像處理部分對DICOM圖像進行適當(dāng)?shù)奶幚怼＞W(wǎng)絡(luò)傳輸控制對DSA圖像在PACS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸進行控制。報告系統(tǒng)自動生成DSA圖文檢查報告。顯示器用于顯示DSA圖像。輸出接口 用于接打印機。還包括用于與遠程計算機或互聯(lián)網(wǎng)連接的通訊接口。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果這種數(shù)字減影血管造影運動 偽影消除方法，采用時空體(Spatio-TemporalVolume)結(jié)構(gòu)來描述DSA圖像序列；在采 用常規(guī)方法(如Carmy算子)得到的備選控制點的基礎(chǔ)上，對DSA時空體進行時空切片 (Spatio-TemporalSlice)得到的各個控制點的運動軌跡，選擇運動軌跡變化最大的若干個 反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點；控制點不是僅僅分布在在蒙片或減影盈片上， 而是貫穿在所有的蒙盈片序列上；然后基于這些控制點進行圖像配準(zhǔn)和數(shù)字減影以消除運 動偽影。我們選擇的控制點不是僅僅分布在在蒙片或減影盈片上，而是貫穿在所有的蒙盈 片序列上，更便于分析DSA圖像的時空運動特性，也為下一步進行時空卷繞(Warping)打下 基礎(chǔ)。在DSA圖像序列中的每個圖像上，以所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像剖分成 不均勻的Delaunay三角形網(wǎng)格。在采用常規(guī)方法得到的備選控制點的基礎(chǔ)上，在DSA圖像序列中的每個圖像上， 以所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的Delaimay三角形網(wǎng)格；從第 一幅盈片圖像開始，結(jié)合前一幅圖像中控制點的位置來確定本幅圖像的Warping參數(shù)， Warping采用多項式Warping方式；以此類推，直到完成對最后一幅圖像的Warping，即以時 空卷繞的方式逐幅圖像地對盈片圖像進行非線性校正，逐步達到與蒙片的精細配準(zhǔn)；然后 進行數(shù)字減影以消除運動偽影。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)不能充分利用DSA圖像序列中大部分造影劑濃度沒有達到峰值的盈片圖像的缺點，可以進行更加精細的圖像配準(zhǔn)。由于采用的控制點不是僅僅分布在在蒙片或減影盈片上，而是貫穿在所有的蒙 盈片序列上，更便于分析DSA圖像的時空運動特性，也為下一步進行時空卷繞打下基礎(chǔ)。在 DSA圖像序列中的每個圖像上，以所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的 Delaunay三角形網(wǎng)格，本發(fā)明具有充分利用時空信息，通過時空卷繞處理，逐幅圖像地對盈 片圖像進行非線性校正，逐步提高與蒙片的精細配準(zhǔn)，數(shù)字減影后有效地去除運動偽影的 技術(shù)進步。本發(fā)明的應(yīng)用能夠有效地去除運動偽影，改善DSA圖像質(zhì)量，進而提高醫(yī)生的診 斷準(zhǔn)確性，提高工作效率。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。圖1 減影圖像中出現(xiàn)的偽影示意圖。圖2 :DSA蒙片與盈片的部分序列示意圖。圖3 采用邊緣檢測算法選取控制點示意圖。圖4 時空卷繞的示意圖。圖 5 時空體(Spatio-temporalVolume)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6 =DSA圖像的Delaunay三角剖分示意圖。圖7 圖像卷繞的示意圖。圖8 基于時空切片的DSA運動偽影消除方法的流程圖。圖9 本發(fā)明的偽影消除與DSA設(shè)備減影效果對比圖。圖10 仿射變換示意圖。圖11 本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式消除偽影的主要手段就是要找到背景部分像素的運動規(guī)律，實現(xiàn)精確的圖像配準(zhǔn) 并減影。雖然DSA圖像序列中大部分是造影劑濃度沒有達到峰值的盈片圖像，如圖1所示。 但這些圖像中只是血管部分沒有被完全突出出來(變化中)，其它部分如骨骼、肌肉的灰度 值并沒有明顯變化(部分像素的位置會發(fā)生變化)。我們完全可以利用DSA圖像序列中的時 空相關(guān)信息，研究位于背景部分的控制點(ControlPoints)的運動規(guī)律，再通過圖像卷繞實 現(xiàn)圖像配準(zhǔn)。參見圖8所示，本發(fā)明的具體實施步驟如下DSA圖像資料由河南大學(xué)附屬醫(yī)院淮 河醫(yī)院(三級甲等醫(yī)院)提供，采用的DSA設(shè)備型號為美國GE公司LCVPlusDSA系統(tǒng)。步驟1、讀入DSA圖像序列(DIC0M格式)并進行預(yù)處理。預(yù)處理包括灰度拉伸等 簡單的處理，如果原始圖像質(zhì)量比較好也可不做預(yù)處理。如圖2所示。步驟2、采用Carmy算子找到圖像的邊緣點。由于沒必要把所有用Carmy算子檢測出的點都作為控制點，所以在Carmy邊緣點計算出該點的梯度值后，根據(jù)閾值來判斷該點 是否作為備選控制點。本實例選取約100個備選控制點。如圖3所示。Canny邊緣檢測算子是JohnF. Canny于1986年開發(fā)出來的一個多級邊緣檢測算法，Carmy邊緣檢測算法stepl 用高斯濾波器平滑圖象；step2:用一階偏導(dǎo)的有限差分來計算梯度的幅值和方向；step3:對梯度幅值進行非極大值抑制；step4:用雙閾值算法檢 測和連接邊緣。為了滿足這些要求Carmy使用了變分法，這是一種尋找滿足特定功能的函 數(shù)的方法。最優(yōu)檢測使用四個指數(shù)函數(shù)項的和表示，但是它非常近似于高斯函數(shù)的一階導(dǎo) 數(shù)。當(dāng)噪聲點對邊緣檢測有較大的影響，效果更好的邊緣檢測器是高斯_拉普拉斯 (LoG)算子。它把高斯平滑濾波器和拉普拉斯銳化濾波器結(jié)合起來，先平滑掉噪聲，再進行 邊緣檢測，所以效果更好。步驟3、利用DSA圖像序列構(gòu)建DSA時空體，將該組DSA 二維圖像以時間T為軸按 拍攝順序間隔排列成平行六面體空間。步驟4、對時空體做若干個垂直方向的時空切片(Spatio-Temporal-Slice)。DSA 時空體中運動點目標(biāo)下一時刻的運動方向可歸納為與時空切片平行；與時空切片垂直； 與時空切片成夾角三種可能性。如圖5所示。當(dāng)目標(biāo)控制點沿時空切片方向運動時，控制點將被多個時空切片依次捕獲，呈現(xiàn) 在時空切片圖像中為一條斜線。當(dāng)目標(biāo)控制點沿水平方向運動時，如果控制點運動速度小 于時空切片間隔，則控制點將被同一個時空切片多次捕獲，在時空切片圖中表現(xiàn)為一段有 限長線段。當(dāng)目標(biāo)控制點運動方向與時空切片成夾角時，它可以分解成平行方向和垂直方 向，它的運動軌跡為上述兩個方向軌跡的合成。步驟5、將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線，得到各個控制點的運動軌跡。步驟6，選擇運動軌跡變化最大的10個反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點； 本發(fā)明選擇的控制點不是僅僅分布在在蒙片或減影盈片上，而是貫穿在所有的蒙盈片序列 上，更好地記錄了 DSA圖像的時空運動特性。如圖7所示。步驟7、用三角剖分的方法(DelaunayTriangulationMethod)。將所有的控制點作 為三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的Delaimay三角形網(wǎng)格；如圖6所示。在DSA圖像序 列中的每個圖像上，以所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的Delaimay 三角形網(wǎng)格。三角剖分是代數(shù)拓撲學(xué)里最基本的研究方法，是極為重要的一項預(yù)處理技術(shù)。 通過Delaimay三角剖分，可以將復(fù)雜的多邊形轉(zhuǎn)化相對比較簡單的三角形集合。在DSA偽 影區(qū)域會出現(xiàn)大量的三角形，這些區(qū)域正是要重點控制的區(qū)域。步驟8、剖分完成后，采用仿射變換進行初步幾何校正。如圖10所示。仿射變 換是空間直角坐標(biāo)變換的一種，它是一種二維坐標(biāo)到二維坐標(biāo)之間的線性變換，保持二 維圖形的“平直線”和“平行性”，其可以通過一系列的原子變換的復(fù)合來實現(xiàn)，包括平移 (Translation)、縮放(Scale) JlR(Flip)J^R(Rotation)和剪切(Shear)。幾何上，兩 個向量空間之間的一個仿射變換或者仿射映射由一個線性變換接上一個平移組成。在有限 維的情況，每個仿射變換可以由一個矩陣A和一個向量b給出，它可以寫作A和一個附加的 列b。一個仿射變換對應(yīng)于一個矩陣和一個向量的乘法，而仿射變換的復(fù)合對應(yīng)于普通的矩 陣乘法，只要加入一個額外的行到矩陣的底下，這一行全部是O除了最右邊是一個1，而列 向量的底下要加上一個1。步驟9、用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位置，逐幅確定 圖像非控制點的位移；如圖4所示。從第一幅盈片圖像開始，結(jié)合前一幅圖像中控制點的位置來確定本幅圖像的Warping參數(shù)。Warping采用多項式Warping方式，多項式的項數(shù)與控 制點數(shù)相同。本實例中控制點數(shù)為10，多項式如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
解線性方程組，得系數(shù)后矩陣求逆，然后按控制點逐點Warping。以此類推，直到完成 對最后一幅圖像的Warping。由于綜合考慮了 DSA時空體的整體和局部時空信息，以時空 Warping的方式能逐幅圖像地對盈片圖像進行非線性校正，逐步達到與蒙片的精細配準(zhǔn)。步驟10、本實例中配準(zhǔn)中所選取相似性測度為互信息(Mutuallnformation)準(zhǔn) 貝U。本發(fā)明利用時空信息進行高精度DSA配準(zhǔn)，計算量較大，所以采用Powell優(yōu)化算法來 優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程，使得有效地克服互信息函數(shù)的局部極值，大大地提高 了配準(zhǔn)精度，達到亞像素級。Powell優(yōu)化算法的配準(zhǔn)速度快、精度高，魯棒性較好。步驟11、在DSA圖像配準(zhǔn)中，即使亞像素(或子像素)的錯誤配準(zhǔn)也會在減影圖像 上產(chǎn)生大量的偽影。為配合精確的時空卷繞，選擇較為復(fù)雜的三次樣條插值算法進行亞像 素級的配準(zhǔn)。三次樣條插值(簡稱Spline插值)是通過一系列形值點的一條光滑曲線，數(shù)學(xué) 上通過求解三彎矩方程組得出曲線函數(shù)組的過程。步驟12、逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正；采用對數(shù)減影方法進行減影，即 在進行減影運算前先將盈片和蒙片所有點的灰度值取反，分別做對數(shù)運算，獲得的值作為 當(dāng)前點的灰度值，然后盈片減蒙片獲得減影結(jié)果圖像。步驟13，對數(shù)減影；用對數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像。參見圖9 所示，左側(cè)的兩幅圖像是DSA設(shè)備減影的效果，右側(cè)的兩幅圖像是采用本發(fā)明方法的進行 DSA運動偽影的消除后的效果。參見圖11所示，一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除系統(tǒng)，包括DSA設(shè)備、實現(xiàn)運 動偽影消除的DSA軟件工作站、DSA膠片打印機、圖像顯示系統(tǒng)、外部存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸系 統(tǒng)，它的DSA軟件工作站包括以下部分輸入接口 用于接收DSA設(shè)備輸出的DICOM圖像。存儲器用于存儲操作系統(tǒng)、圖像處理軟件、圖像分析數(shù)據(jù)和圖像資料。數(shù)字減影部分采用本發(fā)明的方法進行數(shù)字減影。中央處理單元用于讀入DSA圖像，并將DSA圖像進行預(yù)處理；采用邊緣檢測算法 找到每幅DSA圖像中血管影像的邊緣和邊緣點，計算出邊緣點的梯度值，根據(jù)閾值來判斷 該點是否作為備選控制點，并選取至少10個備選控制點；用于構(gòu)建DSA時空體；將該組DSA 二維圖像以時間T為軸按拍攝順序間隔排列成平行六面體空間；用于進行時空切片；用切 片指令對DSA時空體做垂直方向的時空切片；用于將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線，得 到各個控制點的運動軌跡；用于分析DSA像素的時空運動特性；選擇運動軌跡變化最大的 10個反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點；用三角剖分的方法將所有的控制點作為三 角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格；用于采用仿射變換法進行初步幾何校正；用于作時空卷繞；用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位置，逐幅確定圖像非控制點的位移；采用Powell優(yōu)化算法來優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程；選擇 三次樣條插值算法進行亞像素級的配準(zhǔn)；用于逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正；用對 數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像。膠片打印控制部分控制DSA圖像的膠片打印。圖像處理部分對DICOM圖像進行適當(dāng)?shù)奶幚?。網(wǎng)絡(luò)傳輸控制對DSA圖像在PACS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸進行控制。報告系統(tǒng)自動生成DSA圖文檢查報告。顯示器用于顯示DSA圖像。輸出接口 用于接打印機。還包括用于與遠程計算機或互聯(lián)網(wǎng)連接的通訊接口。參見圖4所示，圖像卷繞是一種非線性的方法，是通過指定一系列控制點的位 移來定義空間變換的圖像變形處理。非控制點的位移根據(jù)控制點進行插值來確定。圖 像卷繞一般是在兩維圖像上進行，但是在DSA時空體上的控制點具有空間和時間上的相 關(guān)性，在對某一盈片圖像進行圖像卷繞時，如果我們還考慮到其它圖像對本次圖像卷繞 的影響，就可以使得圖像卷繞的效果更加精細。因此本發(fā)明中把卷繞推廣為時空卷繞 (Spatio-Temporalffarping),即在對一幅盈片進行圖像卷繞時，要結(jié)合前一幅圖像中相關(guān) 點的位置關(guān)系。參見圖5所示，本發(fā)明采用了時空體(Spatio-TemporalVolume)結(jié)構(gòu)來描述DSA圖 像序列。時空體定義了一個包括χ，γ和T (時間維度)三維坐標(biāo)軸的平行六面體空間，把空 間信息(XY坐標(biāo))和時間信息(Τ坐標(biāo))整合在一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。采用時空體的好處是分析 圖像序列特征時，把整個圖像序列看作一個整體，而不是離散的幀，可以充分保證空間和時 間的連續(xù)性，能更好地表現(xiàn)圖像序列中結(jié)構(gòu)對象的運動特征。在DSA圖像時空體的基礎(chǔ)上，本發(fā)明進一步對時空體進行時空切片 (Spatio-TemporalSlice)來分析DSA背景部分像素的運動規(guī)律。時空切片是由圖像序列中 相同位置的像素條帶按時序組成的一幅圖像，或者說是從圖像序列的同一個位置提取出的 一些相關(guān)像素組合而成的一幅二維圖像。再形象一些來說，假如有一個(X，Y, T)三維DSA時 空體，其中(X，Y)是圖像維，T是時間維。我們沿平行于T軸的方向?qū)SA時空體進行切割， 這樣將得到一個剖面，稱為時空切片，時空切片可以看作是包括時間維的一幅二維圖像。時 空切片平行于T軸，但相對于X、Y軸的位置，即切割的方向、位置，可以根據(jù)具體情況來確 定。引入時空切片可以方便地獲取DSA圖像序列中背景部分運動的動態(tài)信息，并能減少計 算復(fù)雜性。為了精確配準(zhǔn)圖像，需要選擇控制點，這一部分采用常規(guī)方法。DSA圖 像序列中的運動目標(biāo)是在空間域和時間域上做連續(xù)的運動，因此它在DSA時空體 (Spatio-Temporal-Volume)上的軌跡點具有空間和時間上的相關(guān)性，本發(fā)明利用時空切片 對用常規(guī)方法得到的控制點進行運動估計，即分析運動像素的時空相關(guān)特征。通過對控制 點運動軌跡的研究，選擇一批最有代表性的控制點，既可以保證配準(zhǔn)精度，也提高了 DSA圖 像配準(zhǔn)的魯棒性。參見圖6所示，本發(fā)明提出的基于時空切片的控制點的選擇方法與其它方法的一個顯著的區(qū)別是，我們選擇的控制點不是僅僅分布在在蒙片或減影盈片上，而是貫穿在所有的蒙盈片序列上，更便于分析DSA圖像的時空運動特性，也為下一步進行時空卷繞 (Warping)打下基礎(chǔ)。在DSA圖像序列中的每個圖像上，以所有的控制點作為三角形的頂 點，把圖像剖分成不均勻的Delaimay三角形網(wǎng)格。 參見圖7所示，通過時空卷繞處理，逐幅圖像地對盈片圖像進行非線性校正，逐步 達到與蒙片的精細配準(zhǔn)。由于充分利用時空信息，提高了配準(zhǔn)精度，數(shù)字減影后可以有效地 去除運動偽影。
權(quán)利要求
一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除方法，其特征在于步驟如下步驟1、讀?。粚?shù)字減影血管造影儀器與計算機連接，在計算機中安裝操作系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，用圖像處理軟件讀入一組DSA圖像，并將DSA圖像進行預(yù)處理；步驟2、選點；采用邊緣檢測算法找到每幅DSA圖像中血管影像的邊緣和邊緣點，計算出邊緣點的梯度值，根據(jù)閾值來判斷該點是否作為備選控制點，并選取至少10個備選控制點；步驟3、構(gòu)建DSA時空體；將該組DSA二維圖像以時間T為軸按拍攝順序間隔排列成平行六面體空間；步驟4、時空切片；用切片指令對DSA時空體做垂直方向的時空切片；步驟5、連軌跡；用圖像處理軟件將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線，得到各個控制點的運動軌跡；步驟6，分析DSA像素的時空運動特性；選擇運動軌跡變化最大的10個反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點；步驟7、三角剖分；用三角剖分的方法將所有的控制點作為三角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格；步驟8、仿射變換；采用仿射變換法進行初步幾何校正；步驟9、時空卷繞；用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位置，逐幅確定圖像非控制點的位移；步驟10、優(yōu)化；采用Powell優(yōu)化算法來優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程；步驟11、配準(zhǔn)；選擇三次樣條插值算法進行亞像素級的配準(zhǔn)；步驟12、灰度校正；逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正；步驟13，對數(shù)減影；用對數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除方法，其特征在于所 述邊緣檢測算法是Carmy算子或高斯_拉普拉斯算子。
3.一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除系統(tǒng)，包括DSA設(shè)備、實現(xiàn)運動偽影消除的DSA 軟件工作站、DSA膠片打印機、圖像顯示系統(tǒng)、外部存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，其特征在于 它的DSA軟件工作站包括以下部分輸入接口 用于接收DSA設(shè)備輸出的DICOM圖像；存儲器用于存儲操作系統(tǒng)、圖像處理軟件、圖像分析數(shù)據(jù)和圖像資料；數(shù)字減影部分采用本發(fā)明的方法進行數(shù)字減影；DSA軟件工作站用于讀入DSA圖像，并將DSA圖像進行預(yù)處理；采用邊緣檢測算法找 到每幅DSA圖像中血管影像的邊緣和邊緣點，計算出邊緣點的梯度值，根據(jù)閾值來判斷該 點是否作為備選控制點，并選取至少10個備選控制點；用于構(gòu)建DSA時空體；將該組DSA 二維圖像以時間T為軸按拍攝順序間隔排列成平行六面體空間；用于進行時空切片；用切 片指令對DSA時空體做垂直方向的時空切片；用于將各時空切片對應(yīng)的各控制點連線，得 到各個控制點的運動軌跡；用于分析DSA像素的時空運動特性；選擇運動軌跡變化最大的 10個反映DSA圖像背景結(jié)構(gòu)運動規(guī)律的控制點；用三角剖分的方法將所有的控制點作為三 角形的頂點，把圖像剖分成不均勻的三角形網(wǎng)格；用于采用仿射變換法進行初步幾何校正； 用于作時空卷繞；用Warping非線性變換法參考前一幅圖像中控制點的變形位置，逐幅確定圖像非控制點的位移；采用Powell優(yōu)化算法來優(yōu)化相似度準(zhǔn)則函數(shù)求極值的過程；選擇 三次樣條插值算法進行亞像素級的配準(zhǔn)；用于逐幅對圖像的灰度失真進行回朔校正；用對 數(shù)減影法進行減影，獲得消除偽影的減影圖像； 膠片打印控制部分控制DSA圖像的膠片打印； 圖像處理部分對DICOM圖像進行適當(dāng)?shù)奶幚恚?網(wǎng)絡(luò)傳輸控制對DSA圖像在PACS系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)傳輸進行控制； 報告系統(tǒng)自動生成DSA圖文檢查報告； 顯示器用于顯示DSA圖像； 輸出接口 用于接打印機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除系統(tǒng)，其特征在于還 包括用于與遠程計算機或互聯(lián)網(wǎng)連接的通訊接口。
全文摘要
一種數(shù)字減影血管造影運動偽影消除方法，步驟如下步驟1、讀??；步驟2、選點；步驟3、構(gòu)建DSA時空體；步驟4、時空切片；步驟5、連軌跡；步驟6，分析DSA像素的時空運動特性；步驟7、三角剖分；步驟8、仿射變換；步驟9、時空卷繞；步驟10、優(yōu)化；步驟11、配準(zhǔn)；步驟12、灰度校正；步驟13，對數(shù)減影。本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)。采用時空分析的方法，使DSA圖像配準(zhǔn)更加精確，有效去除運動偽影，得到清晰的血管造影圖像。進而提高醫(yī)生的診斷準(zhǔn)確性，提高工作效率。
文檔編號G06T5/00GK101822545SQ201010168648
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者張帆, 張新紅 申請人:河南大學(xué)