專利名稱：一種血管內(nèi)超聲圖像序列的回顧性脫機(jī)門控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對覆蓋多個心動周期的非心電門控冠狀動脈血管內(nèi)超聲 (intravascular ultrasound, IVUS)圖像序列進(jìn)行回顧性脫機(jī)門控的方法，屬醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在回撤超聲導(dǎo)管采集冠狀動脈血管內(nèi)超聲圖像序列的過程中，周期性心臟運(yùn)動和動脈管腔內(nèi)搏動的血流會導(dǎo)致位于導(dǎo)管頂端的超聲傳感器在冠脈血管的長軸方向上產(chǎn)生縱向位移，且導(dǎo)管相對于血管腔的角度也會有所改變。此外，冠狀動脈的管徑在心動周期中亦呈現(xiàn)特征性變化。在這些因素的共同作用下，采集到的血管腔橫斷面超聲圖像序列的灰度特征存在周期性變化，因此IVUS圖像序列中實(shí)際上隱含著心動周期的時相信息。這種現(xiàn)象就是由心臟運(yùn)動所致的運(yùn)動偽像，在IVUS縱向視圖中表現(xiàn)為血管壁邊緣呈現(xiàn)鋸齒形，在橫向視圖中表現(xiàn)為相鄰幀之間管腔橫截面的錯位。采用心電(ECG)觸發(fā)技術(shù)，在每個心動周期的同一時相(一般是R波)采集圖像，可達(dá)到抑制運(yùn)動偽像的目的，分為前瞻性心電觸發(fā)和回顧性采樣兩種方式。前者的不足在于 臨床采用的大部分血管內(nèi)超聲成像系統(tǒng)都不包括專用的ECG門控圖像采集裝置；與連續(xù)回撤超聲導(dǎo)管的非門控采集方式相比，圖像采集時間延長至少三倍；采用這種方式僅能獲得一個特定心臟時相的圖像序列，而根據(jù)IVUS圖像序列研究冠狀動脈血管的生物力學(xué)特性以及測量動脈內(nèi)的血流動力學(xué)參數(shù)等，需要分析動脈血管在心動周期中不同時刻的變形， 因而限制了 IVUS在此方面的應(yīng)用。后者的不足在于ECG信號是通過粘貼在病人胸部的觸點(diǎn)在病人體外測得的，是心臟的生理電特性通過骨骼、肌肉和皮膚等反映在體表的信號。而 IVUS圖像是通過插入血管腔內(nèi)的超聲探頭采集的，兩者不可能同步。而且，目前也沒有一個公認(rèn)的明確標(biāo)準(zhǔn)，來確定采用心動周期中的哪一時刻作為最佳采樣點(diǎn)，可獲得最大幀間穩(wěn)定度。基于上述ECG門控技術(shù)在抑制運(yùn)動偽像方面的不足，近年來，基于圖像的門控 (image-based gating)技術(shù)逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。早期的代表性方法是H. Zhu, K. D. Oakeson, M. H. Friedman. Retrieval of cardiac phase from IVUS sequences. Proceedings of SPIE Conference on Medical Imaging 2003: Ultrasonic Imaging and Signal Processing, 2003, 5035:135-146 禾口 S. K. Nadkarni, D. R. Boughner, A. Fenster. Image-based cardiac gating for three-dimensional intravascular ultrasound. Ultrasound in Medicine and Biology, 2005，31 (1) : 53-63，基本原理是通過計算從各幀圖像中分割出的血管腔輪廓線所包圍的面積，分析整個圖像序列中血管腔尺寸的變化規(guī)律。此類方法的不足之處在于其應(yīng)用前提是需要對各幀圖像進(jìn)行準(zhǔn)確分割，分析結(jié)果的精度很大程度上取決于圖像分割的精度，而由于目前還沒有一種全自動的、魯棒的IVUS圖像分割方法，因而限制了其應(yīng)用。無須對圖像進(jìn)行預(yù)先的分割和特征提取等高層次圖像分析的代表性方法是S. A.de Winter, R. Hamers, Μ. Degertekin, K. Tanabe, P. A. Lemos, P. W. Serruys, J. R. Roelandt, N. Bruining. Retrospective image-based gating of intracoronary ultrasound images for improved quantitative analysis: The Intelligate method. Catheterization and cardiovascular interventions, 2004，61 (1) : 84—94 禾口中 15專禾號ZL 2009 1 0075133. 4公開的一種提高冠狀動脈內(nèi)超聲圖像視覺效果的方法。上述方法的基本原理是計算圖像灰度特征的歸一化互相關(guān)，作為對各幀圖像之間相似度的衡量， 構(gòu)建整個圖像序列的差異矩陣，并通過分析差異矩陣的周期性結(jié)構(gòu)，尋找在各心動周期的心臟運(yùn)動最慢點(diǎn)(即舒張末期)采集的一幀圖像，組成門控序列。此類方法的主要不足之處在于衡量不同幀圖像之間的相似度(或差異度)的測量標(biāo)準(zhǔn)采用的是涉及圖像中所有像素的全局相似性測量，因而其分析結(jié)果極易受到圖像中的噪聲、紋理變化和背景區(qū)域的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種血管內(nèi)超聲圖像序列的回顧性脫機(jī)門控方法，它無需專用的ECG門控圖像采集裝置，也無需利用ECG信號，不需要對各幀圖像進(jìn)行分割，而且結(jié)果不受圖像中的噪聲、紋理變化和背景區(qū)域影響。本發(fā)明所稱問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種血管內(nèi)超聲圖像序列的回顧性脫機(jī)門控方法，它首先從IVUS圖像序列中估計出平均心率的近似值；然后通過分析各幀圖像灰度值的周期性變化，提取出隱含心動周期的信號；再對該信號進(jìn)行帶通濾波，去除由非心臟運(yùn)動因素所致的成分；最后選取與濾波后信號的局部極大值或極小值對應(yīng)的幀序號，作為各心動周期的采樣點(diǎn)，完成對門控幀的選取，具體步驟如下
a、估計平均心率的近似值
首先計算IVUS圖像序列各幀IVUS圖像之間平均灰度值的差異值Sv
權(quán)利要求
1. 一種血管內(nèi)超聲圖像序列的回顧性脫機(jī)門控方法，其特征是，它首先從IVUS圖像序列中估計出平均心率的近似值；然后通過分析各幀圖像灰度值的周期性變化，提取出隱含心動周期的信號；再對該信號進(jìn)行帶通濾波，去除由非心臟運(yùn)動因素所致的成分；最后選取與濾波后信號的局部極大值或極小值對應(yīng)的幀序號，作為各心動周期的采樣點(diǎn)，完成對門控幀的選取，具體步驟如下a、估計平均心率的近似值首先計算IVUS圖像序列各幀IVUS圖像之間平均灰度值的差異值A(chǔ)j
全文摘要
一種血管內(nèi)超聲圖像序列的回顧性脫機(jī)門控方法，它首先從IVUS圖像序列中估計出平均心率的近似值；然后通過分析各幀圖像灰度值的周期性變化，提取出隱含心動周期的信號；再對該信號進(jìn)行帶通濾波，去除由非心臟運(yùn)動因素所致的成分；最后選取與濾波后信號的局部極大值或極小值對應(yīng)的幀序號，作為各心動周期的采樣點(diǎn)，完成對門控幀的選取。本發(fā)明只需利用圖像的灰度信息就能完成門控幀的選取，計算復(fù)雜度較低。本方法無需利用ECG信號，也無需操作者的手動參與，而且結(jié)果不受圖像中的噪聲、紋理變化和背景區(qū)域影響。
文檔編號G06T7/00GK102509267SQ20111035023
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者劉冰茹, 劉存, 孫正 申請人:華北電力大學(xué)(保定)