一种抑制冠状动脉内超声图像序列中刚性运动伪影的方法，用于提高纵向视图的视觉效果、同时保证图像数据集合的完整性。其技术方案是：它是在建立血管壁刚性运动模型的基础上，首先采用三维自动分割技术从ＩＣＵＳ图像序列的各帧中分割出管腔轮廓，并计算相邻帧之间管腔轮廓的刚性运动参数（包括平移和旋转），然后从中分离出刚性运动分量，最后通过对原始ＩＣＵＳ图像中的各像素点进行反向平移和旋转，使其刚性运动伪影得到补偿。同现有方法相比较，本发明专利技术不仅应用成本低、简单易行，而且可保证图像数据集合的完整性，可为冠状动脉血管病变的诊断和治疗提供更为丰富的信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种能够有效抑制冠状动脉内超声图像序列中由心脏运动和搏动的血流所造成的 刚性运动伪影，同时保证图像翻集合完整性的方法，属医学成像
技术介绍
在进行冠状动脉内超声(Intracoronary Ultrasound, ICUS)成像时，由心脏运动和搏动的 血流所造成的刚性运动伪影是影响ICUS图像纵向视图的视觉效果、准确定量分析和三维重建的主 要因素。目前，抑制ICUS成^S动伪影的方法主要有两种 一种方法M用专用的ECG门控图像采集 装置，只在齡心动周期中的相同相位处(一般是R波)采集ICUS图像，达到抑制运动伪影的目 的。这种方法的缺点在于需要专门的ECG门控图像采集装置，并且与连续回撤超声导管采集图像 相比，这种方式需要更长的采集时间(^心动周期只采集一帧图像)，从而延长观赋时间。另一 种方法不采用ECG门控设备，而是连续回撤超声导管采集ICUS图像序列，同时记录ECG信号。待 检査结束后，由医生根据同步记录的ECG信号从图像序列中选取在相同心脏相位处采集的图像。 这种方式虽然不会延长测试的时间，但是其结果的客观性和可重复性差，受医生的专业知识和主 观因素影响较大，而且受病人本身和不同病人之间的差异影响，很难选取出心动周期中的最f， 样时刻。同时，这两种门控方法都是齡心动周期只采集或选择一帧图像，因而可能会丢失很多 对病变诊断和治M价值的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足、ili共一种既不需要专门的ECG门控图像采集装置，其 结果也不受医生主观因素的影响，并且能保证图像数据集合完整性的抑制冠状动脉内超声图像序 列中刚性运动伪影的方法。本专利技术所称问题是以下述技术方案实现的-，它是在建!OfiL管壁刚性运动模型 的基础上，首先采用三维自动分割技术从ICUS图像序列的各帧中分割出管^^廓，并计對目邻帧 之间管腔轮廓的刚性运动参数(包括平移和旋转)，然后从中分离出刚性运动分量，最后ffiilx寸原 始ICUS图像中的各像素点进行反向平移和旋转，使其刚性运动伪影得到补偿，具体步骤如下a、 粒ICUS图像序列中血管壁的刚性运动模塾ICUS图像序列中，相邻帧之间管腔轮廓的旋转和平移由刚性运动分量和几何分量构成Ax = + Axg式中(Ax, Ay)是相邻帧之间管腔边界曲线重心之间的位移，A"是相邻帧之间管腔边界曲线之间的旋转角，脚标J表示刚性运动分量，g表示几何分量；b、 采用三维自动分害啦术从各帧ICUS图像中分割出管腔轮廓首先根据ICUS图像中管腔微和灰度特征的先验知识，从ICUS纵向视图中分割出管腔的左 右边界，并将其映射到各帧横截面ICUS图像中，得到每一帧中的初始管S^廓，然后采用快速推 进法X寸初始管腔轮廓进fi^演化变形，得到最终的管腔轮廓；c、 计算ICUS图像序列中相邻帧之间管^^廓的刚性运动参数，包括位移和旋转角对于ICUS图像序列中的第hl帧和第A帧图像(yt = 2，3，...,M ，i/为ICUS图像序列的总帧数)， 由分割出的管腔边界曲线;^,和^的重心C;—, —xc^,;;c^;)和Q = (xq，;^)计算出其位移量 (A^,A力)和旋转角Ao^:<formula>formula see original document page 6</formula>~ '=i,=i其中Ax4 、 和A"A均包含刚性运动分量(AxM 、 Ay^和A"^ )和几何分量(Ax^ 、 Ayig 和A g)， (Xw,,^—,,,;^ ^-,上第i个点在以导管中心为坐标原点的坐标系中的坐标；(Xf,A,)、 ^上第i个点在以导管中心为坐标原点的坐标系中的坐标；A^、 l,上点的总数；W、 ^上 点的总数。d、 分离ICUS图像序列中相邻帧之间管腔轮廓刚性运动参数的刚性运动分量和几何分量首先对计算出的Axt 、 A力和Ac^ (A; = 2，3,...，似)分别进行傅立叶变换，得到其幅度谱A^ 、 Ai;和A^，然后采用高通滤波器分别对AZp A^和A4进行滤波，得到刚性运动分量的幅度 谱AZy、 AI^禾口A4,对其进行逆傅立叶变换即可得到A^、 Aj^和Ac^的估计值；e、 补偿原始ICUS图像序列中的刚性运动伪影对于ICUS图像序列中的第A帧图像/々,力a = 2,3,...，M)，根据估计出的刚性运动分量: 位移(Ax",， A>^)和旋转角A"w，将/J:c,力的所有像素点进行反向平移和旋转，得到消除 刚性运动伪影后的图像/^',/)，坐标变换关系如下-上述抑制冠状动脉内超声图像序列中刚性运动伪影的方法，所^X寸AZp AK和A^进行滤 波的高通滄波器的通带 1±频率设定为病人的心率值(次/秒)。上述抑制冠状动脉内超声图像序列中刚性运动伪影的方法，所述病人的心率值按照如下步骤 从原始ICUS图像序列中估计①对ICUS图像序列进4瑰帧比较，按下式计算ICUS图像序列中的第i帧图像/,和第j'帧图 像A之间灰度特征的差异值《《,=1 —C(/,力，/ = 1,2,.."M — 1 ， _/ = / + U + 2"."Mcos(-Z )sin(-ZAor,j x-ZAx,W「l W2-l;c=0户0W广l JV2-1W广1 W2-1 x=0 "0其中，iV,、 A^分别为ICUS图像像素的总行数和总列数，//,为第i帧图像/,的平均灰度值， ^为第J'帧图像/,的平均灰度值；i/是ICUS图像序歹啲总帧数；NCC是两帧图像之间被值的归 一化互相关。②计算ICUS图像序列中间隔为/-1帧的两帧图像^和；(,—D差异度的平均值c(z'): 1c(0 =.M-(,一l)i: ,M + l) ^当/ = 1,2，...，M时，则得到一条曲线c(z') ~ / ，并且c(l) = 0 。③计算曲线c(/) /的第一个谷点(极小值)所对应的i值，记为W，则病人心率的近似值 为一M少(Hz)其中，尸为ICUS图像的采^3I率，单位是帧/秒。本专利技术既不需要专门的心电门控图像采集装置，也不需要同步记录心电信号，而是运用图像 分析技术，iim连续回鹏声导管采集至啲、覆盖多个心动周期的ICUS图像序列数据进行处理， 实mx寸原始icus图像序列中刚性运动伪影的补偿。与现有的心电门駄法相比较，本专利技术具有应 用成本低和简单易行的优点。同时，本专利技术维持了连续回撤导管采集的ICUS图像数据集合的完整 性，从而为冠状动&恤管病变的诊断和治疗掛共更为丰富的信息。 附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详述。图1是ICUS图像纵向视图中的运动伪影；图2是ICUS图像横向视图中的运动伪影；图3是ICUS图像刚性运动参数示意图4是ICUS图像序列三维自动分割方法流程图5是一个ICUS图像序列中的管腔边界重心在义方向上的位移(△》变化曲线。图中各符号为K、 ^、时刻6和t2的管腔边界曲线；C,、 C2、 ^和^的重心；Ax 、 Ay 、 q和C2之间分别在义和/方向上的位移；Aa、 ^和/2之间的旋转角；(X。,少。)、导管中心的坐 标。文中所用符号K(X^)、时刻t,的管腔边界曲线；y2(X2,_y2)、时刻6的管腔边界曲线； q、 ；^的重心本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种抑制冠状动脉内超声图像序列中刚性运动伪影的方法，其特征是，它是在建立血管壁刚性运动模型的基础上，首先采用三维自动分割技术从ＩＣＵＳ图像序列的各帧中分割出管腔轮廓，并计算相邻帧之间管腔轮廓的刚性运动参数，所述刚性运动包括平移和旋转，然后从中分离出刚性运动分量，最后通过对原始ＩＣＵＳ图像中的各像素点进行反向平移和旋转，使其刚性运动伪影得到补偿，具体步骤如下： ａ、建立ＩＣＵＳ图像序列中血管壁的刚性运动模型： ＩＣＵＳ图像序列中，相邻帧之间管腔轮廓的旋转和平移由刚性 运动分量和几何分量构成： ＊＊＊ 式中（Δｘ，Δｙ）是相邻帧之间管腔边界重心之间的位移，Δα是相邻帧之间管腔边界曲线之间的旋转角，脚标ｄ表示刚性运动分量，ｇ表示几何分量； ｂ、采用三维自动分割技术从各帧ＩＣＵＳ图像中分割出 管腔轮廓： 首先根据ＩＣＵＳ图像中管腔形状和灰度特征的先验知识，从ＩＣＵＳ纵向视图中分割出管腔的左右边界，并将其映射到各帧横截面ＩＣＵＳ图像中，得到每一帧中的初始管腔轮廓，然后采用快速推进法对初始管腔轮廓进行演化变形，得到最终的管腔轮 廓； ｃ、计算ＩＣＵＳ图像序列中相邻帧之间管腔轮廓的刚性运动参数，包括位移和旋转角： 对于ＩＣＵＳ图像序列中的第ｋ－１帧和第ｋ帧图像（ｋ＝２，３，…，Ｍ，Ｍ为ＩＣＵＳ图像序列的总帧数），由分割出的管腔边界曲线γ↓［ｋ－１］和γ↓ ［ｋ］的重心Ｃ↓［ｋ－１］＝（ｘｃ↓［ｋ－１］，ｙｃ↓［ｋ－１］）和Ｃ↓［ｋ］＝（ｘｃ↓［ｋ］，ｙｃ↓［ｋ］）计算出其位移量（Δｘ↓［ｋ］，Δｙ↓［ｋ］）和旋转角Δα↓［ｋ］： ＊＊＊ Δα↓［ｋ］＝ａｒｃｔｇ（ｙｃ↓［ｋ］／ｘ ｃ↓［ｋ］）－ａｒｃｔｇ（ｙｃ↓［ｋ－１］／ｘｃ↓［ｋ－１］） Ｃ↓［ｋ－１］＝（ｘｃ↓［ｋ－１］，ｙｃ↓［ｋ－１］）＝（１／Ｎ↓［ｋ－１］＊ｘ↓［ｋ－１，ｉ］，１／Ｎ↓［ｋ－１］＊ｙ↓［ｋ－１，ｉ］） Ｃ↓［ｋ］＝（ｘｃ↓［ｋ ］，ｙｃ↓［ｋ］）＝（１／Ｎ↓［ｋ］＊ｘ↓［ｋ，ｉ］，１／Ｎ↓［ｋ］＊ｙ↓［ｋ，ｉ］） 其中Δｘ↓［ｋ］、Δｙ↓［ｋ］和Δα↓［ｋ］均包含刚性运动分量（Δｘ↓［ｋ，ｄ］、Δｙ↓［ｋ，ｄ］和Δα↓［ｋ，ｄ］）和几何分量（Δｘ↓［ｋ，ｇ］ 、Δｙ↓［ｋ，ｇ］和Δα↓［ｋ，ｇ］），（ｘ↓［ｋ－１，ｉ］，ｙ↓［ｋ－１，ｉ］）、γ↓［ｋ－１］上第ｉ个点在以导管中心为坐标...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙正，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]
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