一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的dsa腦血管圖像自動分割方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方法,包括1:導(dǎo)入若干對連續(xù)的DSA腦血管圖像作為源圖像數(shù)據(jù);2:對每一對DSA腦血管圖像均進(jìn)行分區(qū);3:對分區(qū)后的DSA腦血管設(shè)置圖像閾值;4:基于sift算法提取特征點(diǎn);5:對每一對提取特征點(diǎn)的DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖像均基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像;6:提取所有所述特征點(diǎn)差值圖像的圖像特征點(diǎn)集,利用相鄰圖像關(guān)系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提?。?:對提取的圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行區(qū)域生長,得到相應(yīng)的腦血管圖像。本發(fā)明采用圖像分割技術(shù),利用毗鄰圖像,將鄰域間的像素信息進(jìn)行綜合,提高了特征點(diǎn)信息提取的準(zhǔn)確性,有效減小了噪聲。
【專利說明】一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域,具體地說是涉及一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的 DSA腦血管圖像自動分割方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在利用DSA機(jī)進(jìn)行腦血管畸形和腦血管瘤的診斷與手術(shù)時(shí),通常會遇到DSA圖像 中偽影劇烈的困難,從而嚴(yán)重影響了腦血管診斷與治療的可靠性。為了便于診斷病灶,得到 患者腦血管中的三維信息。其中通常需要減影操作,采集兩個(gè)腦血管圖像序列,即蒙片序列 圖像和活片圖像序列;兩者對應(yīng)相減,理想情況下應(yīng)該得到只含有血管的減影圖像。但由于 各種因素造成的誤匹配經(jīng)常使得所獲取的造影圖片的診斷大打折扣。在這樣的條件下,就 需要一種快速有效配準(zhǔn)算法來消除偽影的影響,從而得到高質(zhì)量的腦血管減影圖像,提高 腦血管疾病診斷和治療的可靠性。
[0003] 目前出現(xiàn)的關(guān)于腦血管自動分割方法大部分是基于配準(zhǔn)的方法,而醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn) 過程的運(yùn)算量非常大,即使采用剛性變換,對于大規(guī)模高分辨率斷層,圖像數(shù)據(jù)集包含的龐 大數(shù)據(jù)量,也無法滿足臨床上實(shí)時(shí)處理的要求,因而必須采取優(yōu)化措施;同時(shí)對于減影技術(shù) 的運(yùn)動偽影的消除,目前尚沒有能夠大范圍應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)中的方法。
[0004] 具體的,現(xiàn)有的常用腦血管自動分割方法:
[0005] 1 :人工進(jìn)行配準(zhǔn),操作人員手動進(jìn)行配準(zhǔn),其存在效率低下,圖像數(shù)據(jù)集包含的數(shù) 據(jù)量十分龐大,無法滿足臨床上實(shí)時(shí)處理的要求等問題;
[0006] 2 :模塊匹配自動配準(zhǔn)技術(shù),其中有框架的配準(zhǔn)方法基于外部基準(zhǔn)點(diǎn)特征,能夠獲 得較高的精度,可作為評估無框架配準(zhǔn)算法的標(biāo)準(zhǔn),但其植入式的特點(diǎn)會給患者帶來很大 的痛苦,同時(shí)也不易對歷史圖像作回溯式的研宄。
[0007] 3 :采用基于規(guī)則網(wǎng)格模型的算法自動生成序列控制點(diǎn),根據(jù)控制點(diǎn)空間排布的特 點(diǎn),優(yōu)化搜索相關(guān)點(diǎn)的過程,同時(shí)限制控制點(diǎn)在二維空間的搜索范圍,然后采用基于逆拉伸 空間變換的像素映射填充算法來生成變形后的蒙片目標(biāo)圖像,實(shí)現(xiàn)減影,但是其存在算法 的魯棒性、計(jì)算速度和正確性不夠健全等缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 鑒于已有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明的目的是要提供一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的 DSA腦血管圖像自動分割方法,該方法具有采用圖像分割技術(shù),利用毗鄰圖像,將鄰域間的 像素信息進(jìn)行綜合,提高了特征點(diǎn)信息提取的準(zhǔn)確性,有效減小了噪聲。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0010] -種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方法,其特征在于:
[0011] 包括
[0012] 步驟1 :導(dǎo)入若干對連續(xù)的DSA腦血管圖像作為源圖像數(shù)據(jù);
[0013] 步驟2 :對每一對DSA腦血管圖像均進(jìn)行分區(qū),使得每一對DSA腦血管圖像中的蒙 片圖像與活片圖像均分為上下兩個(gè)區(qū)域;
[0014] 步驟3 :對步驟2中分區(qū)后的DSA腦血管設(shè)置圖像閾值:對DSA腦血管圖像的蒙片 圖像與活片圖像中的上區(qū)域與下區(qū)域分別設(shè)置不同圖像閾值;
[0015] 步驟4 :基于sift算法提取特征點(diǎn):對步驟3中設(shè)置圖像閾值后的每一對DSA腦 血管圖像中的蒙片圖像與活片圖像均基于sift算法,按照步驟3中所設(shè)置的上下區(qū)域不同 閾值提取特征點(diǎn),得到對應(yīng)的圖像特征點(diǎn)集;
[0016] 步驟5 :對步驟4中每一對提取特征點(diǎn)的DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖 像均基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像;
[0017] 步驟6 :提取步驟5中所有所述特征點(diǎn)差值圖像的圖像特征點(diǎn)集,利用相鄰圖像關(guān) 系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提??;
[0018] 步驟7 :對步驟6中提取的圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行區(qū)域生長,得到相應(yīng)的腦血管圖像。
[0019] 進(jìn)一步的,所述的基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像是指 ①、提取蒙片圖像的圖像特征點(diǎn)集VI、活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2后;②、遍歷蒙片圖像的 圖像特征點(diǎn)集Vl中的各個(gè)特征點(diǎn),并在活片圖像上找到相應(yīng)特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo);③、 以所述位置坐標(biāo)為圓心作圓后,遍歷活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2,將處于所述圓的圓內(nèi)且 包含圓上特征點(diǎn)去除,僅保留處于所述圓的圓外的特征點(diǎn);④、將保留的所述特征點(diǎn)映射到 活片圖像對應(yīng)位置上,得到特征點(diǎn)集差值圖像。
[0020] 進(jìn)一步的所述利用相鄰圖像關(guān)系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提取是指:①、提取所 有映射到活片圖像上的差值特征點(diǎn)集;②、依次將相鄰三幅活片圖像做以下步驟:i、所述 相鄰三幅活片圖像的差值特征點(diǎn)集分別設(shè)定為T1、T2、T3 ;ii、遍歷Tl中的各個(gè)特征點(diǎn);iii、 在T2中找到與ii中所述特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo),并以其為圓心作圓,保留所述圓圓內(nèi)的特 征點(diǎn),得到Tl、T2共同特征點(diǎn)集T4 ;iv、對T2、T3重復(fù)ii、iii步驟得到T2、T3共同特征點(diǎn)集 T5后,對共同特征點(diǎn)集T4、T5求并集,得到綜合特征點(diǎn)集T6。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果:
[0022] 1.本發(fā)明不同于以往大多基于配準(zhǔn)方法的研宄,采用圖像分割技術(shù),利用分區(qū)選 取不同的閾值的做法,使血管特征點(diǎn)的提取更加精確。
[0023] 2.本發(fā)明利用毗鄰圖像,將鄰域間的像素信息進(jìn)行綜合,提高了特征點(diǎn)信息提取 的準(zhǔn)確性,減小了噪聲。
[0024] 3.本發(fā)明為自動分割,操作簡單,不同操作人員得到的分割結(jié)果基本相同。
[0025] 4.本發(fā)明編程容易實(shí)現(xiàn),算法復(fù)雜度較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明-基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方法步驟流程 示意圖;
[0027] 圖2為本發(fā)明-蒙片圖像提取特征點(diǎn)示意圖;
[0028] 圖3為本發(fā)明-活片圖像提取特征點(diǎn)示意圖;
[0029] 圖4為本發(fā)明-分區(qū)選取閾值后的提取特征點(diǎn)示意圖;
[0030] 圖5為本發(fā)明-特征點(diǎn)差值圖像示意圖;
[0031]圖6為本發(fā)明-根據(jù)毗鄰圖像特征點(diǎn)集差值圖像提取特征點(diǎn)示意圖;
[0032]圖7為本發(fā)明-步驟6中所述相鄰三幅圖像中的第n-1幅圖像特征點(diǎn)集差值圖像 示意圖;
[0033] 圖8為本發(fā)明-步驟6中所述相鄰三幅圖像中的第η幅圖像特征點(diǎn)集差值圖像示 意圖;
[0034] 圖9為本發(fā)明-步驟6中所述相鄰三幅圖像中的第η+1幅圖像特征點(diǎn)集差值圖像 示意圖;
[0035] 圖10為本發(fā)明-本地方窗與DSA圖像上的移動方向示意圖;
[0036] 圖11為本發(fā)明-步驟7中的區(qū)域成長示意圖;
[0037] 圖12為本發(fā)明-區(qū)域成長完成后的完整腦血管圖像示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖,對本發(fā)明進(jìn) 行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039] 如圖1-圖11所示,一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方法, 其特征在于:
[0040] 如圖1所示,包括
[0041] 步驟1 :導(dǎo)入若干對連續(xù)的DSA腦血管圖像作為源圖像數(shù)據(jù)。
[0042] 步驟2 :對每一對DSA腦血管圖像均進(jìn)行分區(qū),使得每一對DSA腦血管圖像中的蒙 片圖像與活片圖像均分為上下兩個(gè)區(qū)域。
[0043] 進(jìn)一步的,所述分區(qū)是指將全部DSA腦血管圖像(蒙片圖像與活片圖像)均按照 自上至下從所述圖像的三分之一處水平分割成上下兩個(gè)區(qū)域;之所以選取三分之一處是基 于實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)腦血管蒙片活片圖像在三分之一以上的腦血管較細(xì)且分布比較密集;下面 三分之二,血管較大且分布較稀疏的特點(diǎn)。
[0044] 步驟3 :對步驟2中分區(qū)后的DSA腦血管設(shè)置圖像閾值:對DSA腦血管圖像的蒙片 圖像與活片圖像中的上區(qū)域與下區(qū)域分別設(shè)置不同圖像閾值,并使得全部的上區(qū)域以及下 區(qū)域統(tǒng)一采用相同的閾值尺度。即所述蒙片圖像與活片圖像中的上區(qū)域與下區(qū)域的圖像閾 值應(yīng)當(dāng)盡可能選取相差較大的兩個(gè)閾值,本例中所有蒙片圖像與活片圖像中的上區(qū)域的閾 值使用100,所有蒙片圖像與活片圖像中的下區(qū)域的閾值使用8。
[0045] 步驟4 :利用上述閾值策略,基于sift算法按照步驟3中所設(shè)置的上下區(qū)域不同 閾值提取特征點(diǎn),得到特征點(diǎn)分布更為均勻的腦血管圖像:對步驟3中設(shè)置圖像閾值后的 每一對DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖像均基于sift算法提取特征點(diǎn),得到對應(yīng)的 圖像特征點(diǎn)集。
[0046] 在圖像處理中,特征點(diǎn)可以稱興趣點(diǎn)或者角點(diǎn),三者經(jīng)常相互使用,即圖像的極值 點(diǎn),線段的終點(diǎn),曲線曲率最大的點(diǎn)或者水平或者豎直方向上屬性最大的點(diǎn)等等,這些特征 點(diǎn)是圖像很重要的特征,對圖像圖形的理解和分析有很重要的作用;因此本方法首先利用 常用的sift算法(包括尺度空間的生成;檢測尺度空間極值點(diǎn);精確定位極值點(diǎn);為每個(gè) 關(guān)鍵點(diǎn)指定方向參數(shù);關(guān)鍵點(diǎn)描述子的生成等,為領(lǐng)域內(nèi)常用算法,這里不再贅述)對每一 對DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取,得到對應(yīng)的圖像特征點(diǎn)集, 即對應(yīng)每一對的蒙片圖像的圖像特征點(diǎn)集VI、活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2。
[0047] 步驟5:對步驟4中每一對提取特征點(diǎn)的DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖 像均基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像。
[0048] 所述的基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像是指①、提取蒙片 圖像的圖像特征點(diǎn)集VI、活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2后;②、遍歷蒙片圖像的圖像特征點(diǎn) 集Vl中的各個(gè)特征點(diǎn),并在活片圖像上找到相應(yīng)特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo);③、以所述位置 坐標(biāo)為圓心作圓后,遍歷活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2,將處于所述圓的圓內(nèi)且包含圓上特 征點(diǎn)去除,僅保留處于所述圓的圓外的特征點(diǎn);④、將保留的特征點(diǎn)映射到活片圖像對應(yīng)位 置上,得到特征點(diǎn)集差值圖像。
[0049] 如,提取蒙片圖像的圖像特征點(diǎn)集VI、活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2后;遍歷蒙片 圖像的圖像特征點(diǎn)集Vl中的各個(gè)特征點(diǎn),以特征點(diǎn)Pl為例,并在活片圖像上找到特征點(diǎn)Pl 對應(yīng)的位置坐標(biāo);以特征點(diǎn)Pl對應(yīng)的位置坐標(biāo)為圓心并選取合適半徑rl作圓,其中半徑 的選取則是通過不斷的選取值實(shí)驗(yàn),觀察最后的圖像中的特征點(diǎn),若噪聲特征點(diǎn)提取較少, 想要的血管上的特征點(diǎn)大部分都提取到即選擇最好的情況下的值作為半徑,選擇無具體規(guī) 貝1J,以達(dá)到較好效果即可;遍歷活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2,將V2中處于所述圓的圓內(nèi)且 包含圓上特征點(diǎn)去除,僅保留處于圓外的特征點(diǎn);將保留的特征點(diǎn)映射到活片圖像對應(yīng)位 置上,得到特征點(diǎn)集差值圖像,上述過程可參看如圖2-圖6。
[0050] 步驟6 :提取步驟5中所有所述特征點(diǎn)差值圖像的圖像特征點(diǎn)集,利用相鄰圖像關(guān) 系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提?。?br>
[0051] 所述利用相鄰圖像關(guān)系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提取是指:①、提取所有映射到 活片圖像上的差值特征點(diǎn)集;②、依次分別將相鄰三幅活片圖像做以下步驟:i、所述相鄰 三幅活片圖像的差值特征點(diǎn)集分別設(shè)定為Tl、T2、T3 ;ii、遍歷Tl中的各個(gè)特征點(diǎn);iii、在 T2中找到與ii中所述特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo),并以其為圓心作圓,保留所述圓圓內(nèi)的特征 點(diǎn),得到Tl、T2共同特征點(diǎn)集T4 ;iv、對T2、T3重復(fù)ii、iii步驟即遍歷T2中的各個(gè)特征點(diǎn), 在T3中找到與ii中所述特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo),并以其為圓心作圓,保留所述圓圓內(nèi)的特 征點(diǎn),得到T2、T3共同特征點(diǎn)集T5 5后,對共同特征點(diǎn)集T4、T5求并集,得到綜合特征點(diǎn)集 Τ6〇
[0052] 如,提取所有映射到活片圖像上的差值特征點(diǎn)集,依次分別將相鄰三幅圖像做以 下步驟,以第η-1、η、η+1幅為例,如圖7-圖9所示,它們的特征點(diǎn)集分別為Tl、Τ2、Τ3 ;遍 歷Tl中的特征點(diǎn),以特征點(diǎn)nl為例,選取合適半徑r2,作圓,半徑選取原則與步驟5中的半 徑選取原則一樣;若T2中作圓后圓的內(nèi)部有特征點(diǎn)則保留,否則除去;得到Tl、T2共同特 征點(diǎn)集T4 ;同樣的將T2、T3做上述步驟,得到T2、T3共同特征點(diǎn)集T5 ;將兩個(gè)共同特征點(diǎn) 集T4、T5求交得到綜合特征點(diǎn)集T6。
[0053] 步驟7 :對步驟6中提取的綜合圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行區(qū)域生長,得到相應(yīng)的腦血管圖 像,如圖12所示。
[0054] 如圖11所示,區(qū)域生長為血管的詳細(xì)過程包括三個(gè)步驟:
[0055] 第1步:初始化所有特征點(diǎn)作為種子像素集。標(biāo)記所有這些種子像素點(diǎn)為"種子 像素未生長"的狀態(tài),標(biāo)記圖像中的其他像素是"普通像素未生長"的狀態(tài)。
[0056] 第2步:搜索種子像素集中"種子像素未生長"狀態(tài)的種子像素,標(biāo)記狀態(tài)為"種子 像素已生長",轉(zhuǎn)到步驟3。如果沒有一個(gè)種子像素為"種子像素未生長"的狀態(tài)時(shí),整個(gè)遍 歷處理結(jié)束。
[0057] 第3步:遍歷種子像素的八鄰域,如果它的灰度值比它的區(qū)域閾值g小,并且它的 狀態(tài)為"普通像素未生長",把它加入種子像素集,并標(biāo)記狀態(tài)為"種子像素未生長",否則, 標(biāo)記狀態(tài)為"普通像素已生長",然后遍歷下一個(gè)像素,當(dāng)八鄰域遍歷結(jié)束,轉(zhuǎn)到第2步。
[0058] 為了得到所述區(qū)域閾值d,對每個(gè)所述種子像素都需要執(zhí)行如下三個(gè)步驟:
[0059] 步驟1 :建立本地方形窗口寬度為w
[0060] 步驟2:計(jì)算閾值如下
【權(quán)利要求】
1. 一種基于毗鄰圖像特征點(diǎn)集的DSA腦血管圖像自動分割方法,其特征在于: 包括 步驟1 :導(dǎo)入若干對連續(xù)的DSA腦血管圖像作為源圖像數(shù)據(jù); 步驟2 :對每一對DSA腦血管圖像均進(jìn)行分區(qū),使得每一對DSA腦血管圖像中的蒙片圖 像與活片圖像均分為上下兩個(gè)區(qū)域; 步驟3 :對步驟2中分區(qū)后的DSA腦血管設(shè)置圖像閾值:對DSA腦血管圖像的蒙片圖像 與活片圖像中的上區(qū)域與下區(qū)域分別設(shè)置不同圖像閾值; 步驟4 :基于sift算法提取特征點(diǎn):對步驟3中設(shè)置圖像閾值后的每一對DSA腦血管 圖像中的蒙片圖像與活片圖像均基于sift算法,按照步驟3中所設(shè)置的上下區(qū)域不同閾值 提取特征點(diǎn),得到對應(yīng)的圖像特征點(diǎn)集; 步驟5 :對步驟4中每一對提取特征點(diǎn)的DSA腦血管圖像中的蒙片圖像與活片圖像均 基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像; 步驟6 :提取步驟5中所有所述特征點(diǎn)差值圖像的圖像特征點(diǎn)集,利用相鄰圖像關(guān)系對 圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提?。? 步驟7 :對步驟6中提取的圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行區(qū)域生長,得到相應(yīng)的腦血管圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DSA腦血管圖像自動分割方法,其特征在于: 所述的基于數(shù)字減影技術(shù)得到相應(yīng)活片圖像的特征點(diǎn)差值圖像是指①、提取蒙片圖像 的圖像特征點(diǎn)集VI、活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2后;②、遍歷蒙片圖像的圖像特征點(diǎn)集VI 中的各個(gè)特征點(diǎn),并在活片圖像上找到相應(yīng)特征點(diǎn)對應(yīng)的位置坐標(biāo);③、以所述位置坐標(biāo)為 圓心作圓后,遍歷活片圖像的圖像特征點(diǎn)集V2,將處于所述圓的圓內(nèi)且包含圓上特征點(diǎn)去 除,僅保留處于所述圓的圓外的特征點(diǎn);④、將保留的特征點(diǎn)映射到活片圖像對應(yīng)位置上, 得到特征點(diǎn)集差值圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DSA腦血管圖像自動分割方法,其特征在于:所述利用相鄰 圖像關(guān)系對圖像特征點(diǎn)集進(jìn)行精確提取是指:①、提取所有映射到活片圖像上的差值特征 點(diǎn)集;②、依次將相鄰三幅活片圖像做以下步驟:i、所述相鄰三幅活片圖像的差值特征點(diǎn) 集分別設(shè)定為Tl、T2、T3 ; ii、遍歷T1中的各個(gè)特征點(diǎn);iii、在T2中找到與ii中所述特征點(diǎn) 對應(yīng)的位置坐標(biāo),并以其為圓心作圓,保留所述圓圓內(nèi)的特征點(diǎn),得到Tl、T2共同特征點(diǎn)集 T4 ;iv、對T2、T3重復(fù)ii、iii步驟得到T2、T3共同特征點(diǎn)集T5后,對共同特征點(diǎn)集T4、T5求 并集,得到綜合特征點(diǎn)集T6。
【文檔編號】G06T7/00GK104504708SQ201410830718
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】劉斌, 郝玲玲, 陳倩茹, 井曉彤, 朱琛, 江乾峰 申請人:大連理工大學(xué)