[发明专利]一种CAG图像序列的弹性配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对X射线冠状动脉造影（coronary angiography，CAG）图像序列进行弹性配准的方法，属医学成像技术领域。 

背景技术

X射线冠状动脉造影（coronary angiography，CAG）是目前临床普遍采用的诊断冠心病的介入影像技术。将特制的导管，经皮穿刺从股动脉或上臂的桡动脉逆行插入，送至升主动脉，在X射线透视图像的指导下，探寻左或右冠状动脉口插入，然后注入造影剂，使冠状动脉显影，利用造影机从不同角度进行电影摄影或快速连续摄片。 

冠状动脉附着于心外膜表面上，随心脏有节律地运动，这种运动是非刚性的，包含平移、旋转、膨胀/收缩、蛇形体变形等多种运动形式，因而在心动周期的不同时刻血管的形态会发生很大变化，单纯依靠一个时刻的二维投影很难得到对冠脉血管形态结构的准确描述。而CAG图像序列记录了心动周期中冠状动脉运动和变形的过程，不仅包含冠脉的形态结构信息，而且包含其运动变形信息。 

对CAG图像序列中的各相邻帧进行配准，找到血管投影点之间的对应关系，对于获取心动周期中冠状动脉的运动和变形信息，进而分析心脏的运动情况，以及冠脉血管的动态三维重建等都具有重要意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种对CAG图像序列进行弹性配准的方法，从而为分析冠状动脉及心脏的运动情况以及冠脉血管的动态三维重建奠定基础。 

本发明所述问题是以下述技术方案实现的： 

一种CAG图像序列的弹性配准方法，所述方法首先从各帧CAG图像中提取出主要血管分支的单像素、8-连通的骨架，并将其表示成像素点的有序集合；然后通过使预先设定的配准误差函数最小，找到各血管分支相邻时刻两个血管骨架点集合之间的对应关系，具体步骤如下：

a. 采用自适应灰度阈值法对CAG图像进行分割：遍历整幅图像，对每一个像素 ，确定以其为中心的一个大小为(2S+1)×( 2S+1)像素的正方形邻域，以邻域内的灰度均值和标准偏差之和作为像素的灰度阈值：

 ，    

其中，是图像分割前像素的灰度值，是以像素为中心的、大小为(2S+1)×( 2S+1)像素的正方形邻域内的灰度均值，式中，S为正方形邻域的半宽度，单位为像素，i和j分别为像素的横坐标和纵坐标，u和v分别是横坐标和纵坐标的偏移量，将灰度大于或等于阈值的像素灰度赋值255，作为背景；否则赋值0； 

b. 采用区域生长法对自适应灰度阈值分割后得到的二值图像进行处理，完成对血管树的提取；

c.对于经过上述处理后获得的二值图像，采用基于活动轮廓模型的冠状动脉血管段运动跟踪方法，提取出单像素宽、8-连通的血管骨架；

d.对于两帧图像中的某一血管分支，分别将其骨架表示为像素点的有序集合：

，

，

其中，和分别为集合和中像素点的个数（这里假设），表示骨架中的第个像素，表示骨架中的第个像素，和为像素的坐标；

e. 设定配准误差函数：

，       

其中：和分别是中与和相匹配的点的序号；和是互相匹配的像素点之间的运动向量：

，           

，     

和分别是血管骨架和在第点和第点处的曲率；

通过使配准误差函数最小，找到点集和之间的最优匹配，即为中的每个元素（）找到其在中与之相对应的元素：。

上述CAG图像序列的弹性配准方法，采用区域生长法对自适应灰度阈值分割后得到的二值图像进行处理，完成对血管树的提取的步骤如下： 

步骤一、按照从左到右（或者从上到下）的顺序遍历整幅二值图像，找到一个种子点（即灰度值为0的像素），记其坐标为；

步骤二、定义两个队列：工作队列Q_w和区域队列Q_v，将Q_w和Q_v清空，以种子点为起点，按照如下循环进行：