[发明专利]一种基于平扫CT生成CT血管成像的方法

说明书

本发明公开了一种基于平扫CT生成CT血管成像的方法，获取平扫CT图像和层面对应的CTA图像；构建用于从平扫CT图像生成CTA图像的深度学习模型；定义深度学习模型的损失函数，采用反向传播和梯度下降算法，寻找使损失函数最小的模型参数，获得训练好的深度学习模型。本发明方法不仅能够克服目前CTA注射造影剂的缺陷，规避了由于注射造影剂而可能引起的过敏反应或者肾毒性，极大地减少了CTA的成本和难度，适用多种医疗场景，具有很高的临床应用价值。

技术领域

本发明属于医学图像处理技术领域，具体涉及一种基于平扫CT生成CT血管成像的方法。

背景技术

目前临床上主要用于血管成像的方法有数字剪影血管造影(Digitalsubtraction angiography,DSA),计算机体层摄影血管成像(Computed topographyangiography,CTA)，磁共振血管成像(Magnetic resonance angiography,MRA)，以及超声血管成像等。其中，DSA由于空间分辨率高且能够实时观察，被认为是血管成像的金标准，但是，这种方法有创伤，往往不作为首选的检查方法。CTA和MRA可对全身各部位血管进行成像，且创伤很小，常常作为首选的检查方法。超声血管成像由于只能对特定部位成像，且成像效果容易受到患者本身情况以及操作者水平影响。DSA、CTA需要注射造影剂(也称为：对比剂)才能达到成像的目的，MRA除在特定几个部位(例如：头血管)无需造影剂外，其他部位的血管成像均需要注射造影剂。

注射造影剂前称为平扫CT，血管结构在平扫CT显示为低密度，无法区分管腔和管壁。注射造影剂之后称为增强CT，CTA是增强CT的一种特例。在CT血管成像时，血管的管腔结构显示为高密度，管壁则无变化，两者可显著地区分，从而获得管腔的形态变化。目前临床中通常使用CTA方法，但是，由于需要注射造影剂，存在造影剂过敏或相关不良事件等发生的可能性，同时由于造影剂具有肾毒性，对于肾脏功能受损的患者无法进行该项检查，另外，目前的CTA技术只利用到了注射造影剂之后血管密度增加这一个特征，而人体血管本身具有特定的位置和形态特征，如胸腹主动脉走行于脊柱前方，其有固定分支及走行方向，这些特征在目前的CTA技术均未使用。

针对上述问题，本发明提出基于平扫CT生成CTA的方法，其无需注射造影剂，通过深度学习的方法，充分利用血管的位置特征及形态特征，并结合平扫CT上管腔中血液低密度特征，将平扫CT获得的血管结构进行提取，不仅能够克服目前CTA注射造影剂的缺陷，而且能够极大地减低检查费用，适用多种医疗场景，具有很高的临床应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有CTA中存在的上述技术问题，提出了一种基于平扫CT生成CT血管成像的方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于平扫CT生成CT血管成像的方法，包括以下步骤：

步骤1、获取平扫CT图像x_i和层面对应的CTA图像y_i，构成训练集N为志愿者的总数；

步骤2、构建用于从平扫CT图像生成CTA图像的深度学习模型，深度学习模型依次包括输入层、第一个SA模块、收缩路径、扩张路径、第二个SA模块和输出层；

步骤3、定义深度学习模型G_θ(·)的损失函数L(θ)，

其中，·表示模型输入，θ表示模型参数，表示L2范数，⊙表示逐元素乘积，M_i指CTA图像中血管区域的mask；

步骤4、采用反向传播和梯度下降算法，寻找使损失函数L(θ)最小的模型参数获得训练好的深度学习模型

如上所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、使用CT机采集N名志愿者的平扫CT图像和层面对应的CTA图像；