使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了使用血管造影图像进行三维血管重建的方法及装置。该方法包括：获取步骤：获取血管的在第一投射方向上的第一二维图像以及相应的重建的血管三维模型；模拟光程长度确定步骤：由处理器，基于所述血管三维模型确定其中血管至少一处在所述第一投射方向上的血管内的模拟光程长度；以及三维重建调整步骤：由所述处理器，基于所述血管的至少一处在所述第一投射方向上的所述模拟光程长度、所述第一二维图像上对应的血管至少一处的强度值、以及二维图像上血管各处的强度值与对应位置处的光程长度之间的关系，对所述血管三维模型的重建参数进行调整。该方法考虑了二维图像的强度值，能够对血管三维模型进行校准以提高血管三维模型的准确度。

【技术实现步骤摘要】
使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法及装置相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月30日提交的美国临时申请第62/592,595号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及图像处理和分析。更具体地，本公开涉及用于使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法及装置。
技术介绍
旋转二维X射线血管造影图像提供了血管结构的有价值的几何信息，用于诊断各种血管疾病，例如冠心病和脑疾病。在造影剂(通常是不透X线的材料，例如碘)注入血管后，血管区域的强度对比度通常会增强。往往需要使用二维投影图像进行三维血管树重建，以揭示各种血管关注段的真实三维测量结果，包括直径、曲率和长度，以便进一步对目标血管区域进行功能上的评估。现有的三维重建方法通常依赖于从来自不同成像投影角度(例如主角度和次角度)的多个X射线图像分割的二维血管结构。通常，首先从二元分割的血管区域中提取二维血管中心线，然后通过建立适当的投影成像系统几何结构来计算三维中心线。现有方法存在的一个技术挑战是短缩(foreshortening)问题。由于投影成像的特性，从不同角度观察时，血管长度略有不同，导致了短缩。通常，通过避免使用包含明显的短缩血管段(用较暗强度表示)的图像进行三维重建，可以减少短缩。然而，由于血管的弯曲的几何特性以及由于患者在成像过程期间的生理运动(例如，由于呼吸运动和心脏运动)，某种程度的短缩会频繁发生。
技术实现思路
因此，本公开的实施例包括用于使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法和装置，其可以独立使用或与传统的三维重建方法(例如，基于极线几何的方法)结合使用。本文中所谓的“用于使用造影图像进行三维血管重建的方法(装置)”，意味着可以与使用造影图像的三维血管重建方法(装置)一起使用或可以在其中整合该方法(装置)。在一个方案中，本公开涉及一种使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法。该方法包括获取步骤：获取血管在第一投射方向上的第一二维图像以及相应的重建的血管三维模型。该方法进一步包括模拟光程长度确定步骤：由处理器，基于所述血管三维模型确定其中血管至少一处在所述第一投射方向上的模拟光程长度。该方法进一步包括三维重建调整步骤：由所述处理器，基于所述血管至少一处在所述第一投射方向上的所述模拟光程长度、所述第一二维图像上对应的血管至少一处的强度值、以及二维图像上血管各处的强度值与对应位置处的光程长度之间的关系，对所述血管三维模型的重建参数进行调整以使用造影图像进行三维血管重建。另一方案中，本公开还涉及使用造影图像进行三维血管重建的装置。该装置包括处理器、存储器及其上存储的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令时，实现上述的任何一种用于使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法。又一方案中，本公开还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由处理器执行时实现上述的任何一种用于使用造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法。再一方案中，本公开还涉及使用造影图像进行三维血管重建的装置。该装置包括：接口，其被配置为接收血管的数个投影方向的造影图像，所接收的造影图像包括在第一投影方向上的第一二维图像；处理器，其被配置为：基于从所述接口接收的数个投影方向的造影图像利用重建参数来重建血管三维模型；并通过如下步骤来调整所述重建参数：基于所重建的血管三维模型确定其中血管至少一处在所述第一投射方向上的模拟光程长度；以及基于所述血管至少一处在所述第一投射方向上的所述模拟光程长度、所述第一二维图像上对应的血管至少一处的强度值、以及二维图像上血管各处的强度值与对应位置处的光程长度之间的关系，对所述血管三维模型的重建参数进行调整以使用造影图像进行三维血管重建。这样的方法和装置可以充分利用通常被忽略的二维血管(当被造影剂充满时)的强度(例如灰度值)分布图案及其所隐含的三维投影路径信息，有效减少三维重建的短缩现象，从而提高三维血管树的重建准确性。本公开的方案通过考虑图像像素强度信息来辅助三维图像的重建，提高了重建准确度。附图说明在不一定按线性绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同的附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本方法、装置或其上具有用于实现该方法的指令的非瞬时性计算机可读介质的穷尽或排他实施例。图1示出根据本公开实施例的使用X射线造影图像进行三维血管重建的方法的示例性过程的流程图；图2示意性示出了根据本公开实施例的三维血管模型中血管各处的光程的图示及其与二维图像中相应位置的灰度值之间的关系；图3说明根据本公开实施例的测量光程长度的方法的示意图；图4示出了血管各处的强度值被去除背景并对数处理所得的值与对应位置处的光程长度之间的线性关系；图5(a)例示了第一二维图像IT；图5(b)例示了估计的背景图像IB；图5(c)示出了第一处理后图像ln(IT)-ln(IB)；图6描述了本公开另一实施例的使用X射线造影图像进行三维血管重建的方法的示例性过程的流程图；图7为图示图6的实施例中的三维重建调整步骤的示意图；图8描述了本公开再一实施例的使用X射线造影图像进行三维血管重建的方法的示例性过程的流程图；图9为图示图8的实施例中的三维重建调整步骤的示意图；图10例示了一种使用X射线造影图像进行三维血管重建的装置的框图；以及图11例示了一种用于使用X射线造影图像进行三维血管重建的医学图像处理装置的框图。具体实施方式此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本专利技术的这些和其它特性将会变得显而易见。本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。注意的是，在说明书全文中，相同的附图标记指代相同或相似的元件，并省略不必要的重复描述。此外，具体实施例中，以单数形式出现的元件并不排除可以以多个(复数个)形式出现。本文中使用的技术术语“光程”表示射线在被摄体(并非真空)内传播的几何路程。技术术语“光程的长度”表示射线在被摄体内沿其传播的几何路程的长度。当提及“血管的至少一处在所述第一投射方向上的光程的长度”时，旨在表示射线沿第一投射方向经由该处在血管内传播的光程的长度。技术术语“模拟光程长度”旨在表示利用模型模拟得到的光程长度。图1示出根据本公开实施例的使用X射线造影图像进行三维血管重建的方法的示例性过程100的流程图，其始于获取步骤102：获取在第一投射方向上的第一二维图像以及相应的重建的血管三维模型。血管三维模型可以使用例如但不限于基于极线几何的方法、定型重构(stereotypereconstruction)等传统三维模型重建技术而得到。例如，可以基于分别从至少两个不同投射方向成像的至少两幅二维图像进行血管三维模型的重建，从而得到血管三维模型。也可以从立体成像装置获取已经重构好的血管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用血管造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法，其特征在于，所述计算机实现方法包括：获取步骤：获取血管的在第一投射方向上的第一二维图像以及相应的重建的血管三维模型；模拟光程长度确定步骤：由处理器，基于所述血管三维模型确定其中血管的至少一处在所述第一投射方向上的血管内的模拟光程长度；以及三维重建调整步骤：由所述处理器，基于所述血管的至少一处在所述第一投射方向上的所述模拟光程长度、所述第一二维图像上对应的血管至少一处的强度值、以及二维图像上血管各处的强度值与对应位置处的光程长度之间的关系，对所述血管三维模型的重建参数进行调整。

【技术特征摘要】
2017.11.30 US 62/592,595;2018.08.21 US 16/106,0771.一种用于使用血管造影图像进行三维血管重建的计算机实现方法，其特征在于，所述计算机实现方法包括：获取步骤：获取血管的在第一投射方向上的第一二维图像以及相应的重建的血管三维模型；模拟光程长度确定步骤：由处理器，基于所述血管三维模型确定其中血管的至少一处在所述第一投射方向上的血管内的模拟光程长度；以及三维重建调整步骤：由所述处理器，基于所述血管的至少一处在所述第一投射方向上的所述模拟光程长度、所述第一二维图像上对应的血管至少一处的强度值、以及二维图像上血管各处的强度值与对应位置处的光程长度之间的关系，对所述血管三维模型的重建参数进行调整。2.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其特征在于，所述关系是：二维图像上血管各处的强度值被去除背景并对数处理所得的值与对应位置处的光程长度之间成线性关系。3.根据权利要求1或2所述的计算机实现方法，其特征在于，所述模拟光程长度确定步骤包括：确定所述血管三维模型中所述血管的至少一处在第一投射方向上的尺寸，作为所述血管至少一处的所述模拟光程长度。4.根据权利要求1或2所述的计算机实现方法，其特征在于，所述关系在同个患者的相同造影剂注射条件下的之前的血管造影和三维重建中预先建立，或者，所述关系在同次血管造影和三维重建中针对部分血管预先建立。5.根据权利要求2所述的计算机实现方法，其特征在于，所述三维重建调整步骤包括：通过从所述第一二维图像去除背景并执行对数处理，以计算出第一处理后图像；由所述处理器，基于所述第一处理后图像，利用所述线性关系，估计血管的至少一处的光程长度；由所述处理器，对血管的至少一处的光程长度与确定出的血管相应位置的所述模拟光程长度进行比较，并基于所述比较来伸长所述血管三维模型中血管相应位置在所述第一投射方向上的尺寸。6.根据权利要求2所述的计算机实现方法，其特征在于，所述三维重建调整步骤包括：通过对所述第一二维图像去除背景并进行对数处理，以计算出第一处理后图像；由所述处理器，基于所确定的所述模拟光程长度，利用所述线性关系，为所述血管三维模型在所述第一投射方向上投影的第二二维图像估计对其去除背景并进行对数处理后的第二处理后图像；由所述处理器，对所述第一处理后图像和所述第二处理后图像进行比较，并基于所述比较对所述血管三维模型的重建参数进行调整。7.根据权利要求3所述的计算机实现方法，其特征在于，所述模拟光程长度确定步骤包括：通过将所述血管三维模型在所述第一投射方向上投影得到第二二维图像；根据所述第二二维图像确定血管段的直径(D)；确定所述血管段的中心线与所述第一投射方向的夹角θ，并利用下面的公式(1)计算所述血管段的模拟光程长度(xC)：xC＝D/sinθ公式(1)。8.根据权利要求2所述的计算机实现方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：马斌，刘树宝，刘潇潇，宋麒，
申请(专利权)人：北京昆仑医云科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11