CN111815583A - 基于ct序列图像获取主动脉中心线的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法和系统，方法包括：获取CT序列图像的三维数据；根据三维数据获取心脏重心和脊椎重心；从CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；分层切片，得到二值化图像组；从二值化图像组中的每层切片上获得圆心，圆的半径，生成点列表和半径列表；将位于点列表和半径列表中的像素点对应到图像中，得到主动脉中心线。本申请通过先筛选出心脏重心和脊椎重心，对心脏和脊椎的位置进行定位，然后根据心脏和脊椎的位置从CT图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎和肋骨，再对处理过的图像提取主动脉中心线，减少了运算量，算法简单，容易操作，运算速度快，设计科学，图像处理精准。

Description

基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法和系统

技术领域

本发明涉及冠状动脉医学技术领域，特别是涉及基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法和系统。

背景技术

心血管疾病是工业化世界中的死亡的首要原因。主要形式的心血管疾病由脂肪物质在供应心脏、大脑、肾脏和下肢的动脉的内组织层中的慢性积聚引起。进行性冠状动脉疾病限制到心脏的血流。由于缺少通过当前的非侵入式测试提供的准确信息，许多患者需要侵入式导管流程来评价冠脉血流。因此，存在对于量化人类冠状动脉中的血流以评价可能的冠状动脉疾病的功能意义的非侵入式方法的需求。对动脉容量的可靠评价因此对于解决患者需求的处置规划将是重要的。最近的研究已经证明，血流动力学特性，诸如血流储备分数(FFR)，是确定针对具有动脉疾病的患者的最佳处置的重要指示器。对血流储备分数的常规评价使用侵入式导管插入术来直接测量血流特性，诸如压力和流速。然而，这些侵入式测量技术对患者存在风险，并且对健康护理系统可以导致显著的成本。

计算机断层摄影动脉血管造影是一种用于对动脉血管进行可视化的计算机断层摄影技术。出于该目的，X射线的射束从辐射源穿过患者的身体中的感兴趣区域以获得投影图像。

由于现有技术中的CT数据不做筛选，导致运算量很大，且存在运算速度慢，运算不准确的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法和系统，以解决如何精确提取血管中心线的问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，包括：

获取CT序列图像的三维数据；

根据所述三维数据获取心脏重心和脊椎重心；

从所述CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；

对含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像进行分层切片，得到二值化图像组；

从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，以及对应的圆的半径，分别生成点列表和半径列表；

将每层所述切片内的位于所述点列表和所述半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像中，得到主动脉中心线。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述三维数据获取心脏重心的方法包括：

绘制所述CT图像的灰度直方图；

沿着所述灰度直方图的终点M至原点O方向，依次获取M点至M-1点，M点至M-2点，直至获取到M点至O点的各灰度值区域的体积；

获取各灰度值区域的体积与M点至O点的总区域的体积占比V；

如果V＝b，则拾取所述灰度值区域对应的起始点，将所述起始点投射到所述CT三维图像上，获取心脏区域三维图像，拾取所述心脏区域三维图像的物理重心，即为心脏重心P₂；

其中，b表示常数，0.2＜b＜1。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，根据所述三维数据获取脊椎重心的方法包括：

如果V＝a，则拾取所述灰度值区域对应的起始点，将所述起始点投射到所述CT三维图像上，获取骨头区域三维图像，拾取所述骨头区域三维图像的物理重心，即为脊椎重心P₁；

其中，a表示常数，0＜a＜0.2。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，从所述CT三维图像上过滤杂质数据的方法包括：从所述CT三维图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎、肋骨，得到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的第五图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述CT三维图像去除肺部组织的方法包括：

根据医学知识以及CT图像成像原理，设置肺部灰度阈值Q_肺；

如果所述灰度直方图中的灰度值小于Q_肺，则去除所述灰度值对应的图像，得到去除肺部组织的所述第一图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述CT三维图像去除降主动脉的方法包括：

将所述心脏重心P₂投影到所述第一图像上，获得心脏的圆心O₁；

设置所述降主动脉灰度阈值Q_降，对所述第一图像进行二值化处理；

根据所述降主动脉与心脏圆心O₁的距离，以及所述脊椎与所述心脏圆心O₁的距离，获取降主动脉对应的圆；

从所述第一图像上去除降主动脉，得到所述第二图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述设置所述降主动脉灰度阈值Q_降，对所述第一图像进行二值化处理的方法包括：

获取所述第一图像内的灰度值大于所述降主动脉灰度阈值Q_降的像素点PO，计算所述像素点PO的平均灰度值

从所述第一图像的底层开始分层切片，得到第一二维切片图像组；

根据

对所述第一图像进行二值化处理，去除所述第一图像中的杂质点，得到二值化图像，其中，k为正整数，Q_k表示第k个像素点PO对应的灰度值，P(k)表示第k个像素点PO对应的像素值。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述降主动脉与心脏圆心O₁的距离，以及所述脊椎与所述心脏圆心O₁的距离，获取所述降主动脉对应的圆的方法包括：

设置所述降主动脉至所述心脏边缘构成的圆的半径阈值为r_阈；

根据所述降主动脉与所述心脏的距离小于所述脊椎与所述心脏的距离，获取所述脊椎的大致区域与所述降主动脉的大致区域；

根据所述降主动脉的大致区域，去除误差像素点，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述降主动脉与所述心脏的距离小于所述脊椎与所述心脏的距离，获取所述脊椎的大致区域与所述降主动脉的大致区域的方法包括：

如果霍夫检测算法获得圆的半径r＞r_阈，则此圆是脊椎对应的圆，不对此圆的圆心和半径进行记录，即为所述脊椎的大致区域；

如果霍夫检测算法获得圆的半径r≤r_阈，则此圆可能是降主动脉对应的圆，记录此圆的圆心和半径，即为降主动脉的大致区域。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述降主动脉的大致区域，去除误差像素点，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆的方法包括：

对所述降主动脉的大致区域内的所述圆的圆心和半径进行筛选，去除相邻切片之间圆心偏离较大的圆，即去除误差像素点，形成降主动脉的种子点列表，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述从所述第一图像上去除降主动脉，得到所述第二图像的方法包括：

如果所述种子点列表中的圆心个数大于等于3，则计算所述全部所述种子点的平均半径

和平均圆心点P₃；

计算以P₃为圆心，以

为半径的圆内所有像素点PO的灰度值的平均值

设置参数a，得到连通域灰度阈值

其中a为正数；

重新计算连通域的中心点P₄；

从底层开始，依次计算每层二维切片上P₃与P₄的欧氏距离；

如果第b层的所述二维切片上P₃与P₄的欧氏距离大于m，则将所述第b层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b-1层对应的图像，为所述第二图像，其中b为大于等于2的正数，m≥5；

如果第b层的所述二维切片上P₃与P₄的欧氏距离小于等于m，则提取所述第b层的二维切片内灰度值大于0的像素点，将所述第b层的所述二维切片上的P₃点设置为P₄点；将所述第b+1层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b层对应的图像，为所述第二图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述CT三维图像去除脊椎的方法包括：

根据所述脊椎重心P₁、心脏重心P₂设置脊椎灰度阈值Q_脊；

提取所述第二图像中像素点PO对应的灰度值大于Q_脊的像素点；

根据提取的像素点提取脊椎连通域，去除所述脊椎连通域，得到第三图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述根据所述CT三维图像去除肋骨的方法包括：

提取所述第三图像中像素点PO对应的灰度值大于0的像素点，并将与所述第二图像相对应的的所述像素点的灰度值设置为0，得到第四图像；

设置肋骨灰度阈值Q_肋，从所述第四图像上提取灰度值Q＞Q_肋的像素点，根据提取的所述像素点提取肋骨连通域，去除所述肋骨连通域，得到去除降主动脉、脊椎、肋骨的第五图像，所述第五图像为含有左心室、左心房、无干扰冠脉树的图像。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述对所述第五图像进行分层切片，得到二值化图像组的方法包括：

A)从所述第五图像的顶层开始分层切片，得到第二二维图像组；

B)设置冠脉树灰度阈值Q_冠1；根据

对所述第五图像的每一层的切片均进行二值化处理，去除所述第五图像中的杂质点，得到所述二值化图像组；

其中，m为正整数，Q_m表示第m个像素点PO对应的灰度值，P(m)表示第m个像素点PO对应的像素值。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，以及对应的圆的半径的方法包括：

C)为所述二值化图像组中的每层所述切片建立一张搜索引擎列表，包括：点列表和半径列表，将所述第五图像中提取的像素值为1的点对应的填入每层所述切片的所述点列表中；

D)设定每层所述切片的所述点列表中的像素点的个数阈值均为N_阈1、N_阈2，以及半径阈值均为R_阈1、R_阈2，依次从顶层开始对每层所述切片进行步骤E至步骤M的过程；

E)如果N_k≤N_阈1，R_k＝R_阈1±m，其中，N_k表示第k层所述切片的所述点列表中的像素点的个数，则检测所述第k层切片内的1个圆，以该圆的圆心为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；

F)如果N_k≤N_阈1，R_k≠R_阈1±m，则检测所述第k层切片内的3个圆，如果检测到3个圆则进行步骤I，如果未检测到3个圆则进行所述步骤H；

G)如果N_k＞N_阈1，则重新确定圆心，取所述第k-1层切片内的圆心与所述点列表中的末尾点D距离最近的点为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；

H)检测N_k与N_阈1-1的关系，重复所述步骤E至所述步骤G，如果仍然没有检测到圆，则检测N与N_阈1-2的关系，重复所述步骤E至所述步骤G；依次类推，直至找到圆心O_k；

I)以所述圆心O_k为起点，分别沿X轴的正方向、负方向以及Y轴正方向找到3个灰度值为0的点；根据3点确定一个圆找到圆心P_5k和半径R_k。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，所述过滤圆心P_5k，生成新的点列表的方法包括：

J)如果所述第k层切片的半径R_k＜R_阈2，则重复所述步骤E至所述步骤I的过程，直至找到半径R_k≥R_阈2的圆心P_5k；

K)如果所述圆心P_5k在所述第五图像上的灰度值小于0，则重复所述步骤E至所述步骤I的过程，直至找到半径R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k；

L)将R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k添加进入点列表中，生成新的半径列表，半径R_k添加进入半径列表中。

可选地，上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，过滤半径R_k，生成新的半径列表的方法包括：

M)如果N_k＜N_阈2，则比较圆心P_5k与所述点列表中的末尾点的距离L，如果L＞L_阈，则重复所述步骤E至所述步骤N，直至所述点列表中的点的个数N_k≥N_阈2，或L≤L_阈；

N)如果N_k≥N_阈2，或N_k＜N_阈2、L≤L_阈则将偏离所述圆心P_5k远的点的半径值替换为剩余点的平均半径值，作为R_k，将所述半径R_k填入所述半径列表中，生成新的半径列表。

第二方面，本申请提供了一种计算机存储介质，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法。

第三方面，本申请提供了一种基于CT序列图像获取冠脉树的系统，包括：CT数据获取装置、心脏重心提取装置、脊椎重心提取装置、过滤装置和主动脉中心线提取装置；

所述CT数据获取装置，用于获取CT序列图像的三维数据；

所述心脏重心提取装置，与所述CT数据获取装置连接，用于根据所述三维数据获取心脏重心；

所述脊椎重心提取装置，与所述CT数据获取装置连接，用于根据所述三维数据获取脊椎重心；

所述过滤装置，与所述CT数据获取装置、所述心脏重心提取装置、所述脊椎重心提取装置连接，用于从所述CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；

所述主动脉中心线提取装置，包括二值化图像处理单元、圆心提取单元、半径提取单元和主动脉中心线提取单元，所述二值化图像处理单元与所述过滤装置、所述圆心提取单元、所述半径提取单元连接，所述主动脉中心线提取单元与所述圆心提取单元、所述半径提取单元连接；

所述二值化图像处理单元，用于对含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像进行分层切片，得到二值化图像组；

所述圆心提取单元，用于从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，生成点列表；

所述半径提取单元，用于根据所述圆心获得对应的圆的半径，生成半径列表；

所述主动脉中心线提取单元，用于将每层所述切片内的位于所述点列表和所述半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像中，得到主动脉中心线。

本申请实施例提供的方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供了基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，通过先筛选出心脏重心和脊椎重心，对心脏和脊椎的位置进行定位，然后根据心脏和脊椎的位置从CT图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎、肋骨，从处理后的图像上精确提取主动脉中心线，减少了运算量，算法简单，容易操作，运算速度快，设计科学，图像处理精准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法的流程图；

图2为本申请的获取心脏重心P₂的方法的流程图；

图3为本申请的去除肺部组织的方法的流程图；

图4为本申请的去除降主动脉的方法的流程图；

图5为本申请的S3040的流程图；

图6为本申请的S3050的流程图；

图7为本申请的S3060的流程图；

图8为本申请的去除脊椎的方法的流程图；

图9为去除肋骨的方法的流程图；

图10为本申请的基于CT序列图像获取主动脉中心线的系统结构框图；

图11为本申请的第一图像的结构示意图；

图12为本申请的第二图像的结构示意图；

图13为本申请的第三图像的结构示意图；

图14为本申请的第五图像的结构示意图；

下面对附图标记进行说明：

CT数据获取装置100，心脏重心提取装置200，脊椎重心提取装置300，过滤装置400，主动脉中心线提取装置500，二值化图像处理单元510，圆心提取单元520，半径提取单元530，主动脉中心线提取单元540。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

现有技术中的CT数据不做筛选，导致运算量很大，且存在运算速度慢，运算不准确的问题。

实施例1：

为了解决上述问题，本申请提供了一种基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，如图1所示，包括：

S1000，获取CT序列图像的三维数据，包括：

S2000，根据三维数据获取心脏重心和脊椎重心；

(1)如图2所示，获取心脏重心P₂的方法包括：

S2100，绘制CT图像的灰度直方图；

S2200，沿着灰度直方图的终点M至原点O方向，依次获取M点至M-1点，M点至M-2点，直至获取到M点至O点的各灰度值区域的体积；

S2300，获取各灰度值区域的体积与M点至O点的总区域的体积占比V；

S2400，如果V＝b，则拾取灰度值区域对应的起始点，将起始点投射到CT三维图像上，获取心脏区域三维图像，拾取心脏区域三维图像的物理重心，即为心脏重心P₂；其中，b表示常数，0.2＜b＜1。优选地，0.4＜b＜1，b＝0.6效果最佳。

(2)获取脊椎重心P₁的方法包括：

如果V＝a，则拾取灰度值区域对应的起始点，将起始点投射到CT三维图像上，获取骨头区域三维图像，拾取骨头区域三维图像的物理重心，即为脊椎重心P₁；其中，a表示常数，0＜a＜0.2。优选地，0＜a＜0.1，a＝0.005效果最佳。

S3000，从CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；对含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像进行分层切片，得到二值化图像组；从二值化图像组中的每层切片上获得圆心，以及对应的圆的半径，分别生成点列表和半径列表；将每层切片内的位于点列表和半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像中，得到主动脉中心线。

从所述CT三维图像上过滤杂质数据包括：从所述CT三维图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎、肋骨，得到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像，具体为：

I)如图3所示，去除肺部组织的方法，包括：

S3010，根据医学知识以及CT图像成像原理，设置肺部灰度阈值Q_肺；

S3020，如果灰度直方图中的灰度值小于Q_肺，则去除灰度值对应的图像，得到去除肺部组织的如图11所示的第一图像。优选地，Q_肺＝-150～-50，Q_肺＝-100效果最佳。

II)如图4所示，去除降主动脉的方法，包括：

S3030，将心脏重心P₂投影到第一图像上，获得心脏的圆心O₁；

S3040，设置降主动脉灰度阈值Q_降，对第一图像进行二值化处理；优选地，Q_降＝200，如图5所示，包括：

S3041，获取第一图像内的灰度值大于降主动脉灰度阈值Q_降的像素点PO，计算像素点PO的平均灰度值；

S3042，从第一图像的底层开始分层切片，得到第一二维切片图像组；

S3043，根据

对第一图像进行二值化处理，去除第一图像中的杂质点，得到二值化图像，其中，k为正整数，Q_k表示第k个像素点PO对应的灰度值，P(k)表示第k个像素点PO对应的像素值。优选地，Q_冠1＝150～220，Q_冠1＝200效果最佳。

S3050，根据降主动脉与心脏圆心O₁的距离，以及脊椎与心脏圆心O₁的距离，获取降主动脉对应的圆，如图6所示，包括：

S3051，设置降主动脉至心脏边缘构成的圆的半径阈值为r_阈；优选地，r_阈＝5～15；

S3052，根据降主动脉与心脏的距离小于脊椎与心脏的距离，获取脊椎的大致区域与降主动脉的大致区域，包括：

(1)如果霍夫检测算法获得圆的半径r＞r_阈，则此圆是脊椎对应的圆，不对此圆的圆心和半径进行记录，即为脊椎的大致区域；

(2)如果霍夫检测算法获得圆的半径r≤r_阈，则此圆可能是降主动脉对应的圆，记录此圆的圆心和半径，即为降主动脉的大致区域。

S3053，根据降主动脉的大致区域，去除误差像素点，获得降主动脉图像，即为降主动脉对应的圆，包括：

对降主动脉的大致区域内的圆的圆心和半径进行筛选，去除相邻切片之间圆心偏离较大的圆，即去除误差像素点，形成降主动脉的种子点列表，获得降主动脉图像，即为降主动脉对应的圆。

S3060，从第一图像上去除降主动脉，得到如图12所示的第二图像，如图7所示，包括：

S3061，如果种子点列表中的圆心个数大于等于3，则计算全部种子点的平均半径

和平均圆心点P₃；

S3062，计算以P₃为圆心，以

为半径的圆内所有像素点PO的灰度值的平均值

设置参数a，得到连通域灰度阈值

其中a为正数；优选地，a＝20～40，a＝30效果最佳。

S3063，重新计算连通域的中心点P₄；

S3064，从底层开始，依次计算每层二维切片上P₃与P₄的欧氏距离；

S3065，如果第b层的二维切片上P₃与P₄的欧氏距离大于m，则将第b层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b-1层对应的图像，为第二图像，其中b为大于等于2的正数，m≥5；

S3066，如果第b层的二维切片上P₃与P₄的欧氏距离小于等于m，则提取第b层的二维切片内灰度值大于0的像素点，将第b层的二维切片上的P₃点设置为P₄点；将第b+1层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b层对应的图像，为第二图像。

III)如图8所示，去除脊椎的方法，包括：

S3070，根据脊椎重心P₁、心脏重心P₂设置脊椎灰度阈值Q_脊；

S3080，提取第二图像中像素点PO对应的灰度值大于Q_脊的像素点；

S3090，根据提取的像素点提取脊椎连通域，去除脊椎连通域，得到如图13所示的第三图像。

IV)如图9所示，去除肋骨的方法，包括：

S3100，提取第三图像中像素点PO对应的灰度值大于0的像素点，并将与第二图像相对应的的像素点的灰度值设置为0，得到第四图像；

S3110，设置肋骨灰度阈值Q_肋，从第四图像上提取灰度值Q＞Q_肋的像素点，根据提取的像素点提取肋骨连通域，去除肋骨连通域，得到去除降主动脉、脊椎、肋骨的如图14所示的第五图像，第五图像为含有左心房、左心室和无干扰冠脉树的图像。优选地，Q_肋＝10～40，Q_肋＝30效果最佳。

S3120，从第五图像中提取主动脉中心线，包括：

S3121，对第五图像进行分层切片，得到二值化图像组，包括：

A)从第五图像的顶层开始分层切片，得到第二二维图像组；

B)设置冠脉树灰度阈值Q_冠1；根据

对第五图像的每一层的切片均进行二值化处理，去除第五图像中的杂质点，得到二值化图像组；

其中，m为正整数，Q_m表示第m个像素点PO对应的灰度值，P(m)表示第m个像素点PO对应的像素值。

S3122，从二值化图像组中的每层切片上获得圆心P_5k，以及对应的圆的半径为R_k，k表示第k层切片，包括：

C)为二值化图像组中的每层切片建立一张搜索引擎列表，包括：点列表和半径列表，将第五图像中提取的像素值为1的点对应的填入每层切片的点列表中；

D)设定每层切片的点列表中的像素点的个数阈值均为N_阈1、N_阈2，以及半径阈值均为R_阈1、R_阈2，依次从顶层开始对每层切片进行步骤E至步骤M的过程；优选地，R_阈1＝15mm，R_阈2＝3mm。

E)如果N_k≤N_阈1，R_k＝R_阈1±m，其中，N_k表示第k层切片的点列表中的像素点的个数，则检测第k层切片内的1个圆，以该圆的圆心为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；

F)如果N_k≤N_阈1，R_k≠R_阈1±m，则检测第k层切片内的3个圆，如果检测到3个圆则进行步骤I，如果未检测到3个圆则进行步骤H；优选地，m＝0～0.5。

G)如果N_k＞N_阈1，则重新确定圆心，取第k-1层切片内的圆心与点列表中的末尾点D距离最近的点为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；优选地，N_阈1＝4。

H)检测N_k与N_阈1-1的关系，重复步骤E至步骤G，如果仍然没有检测到圆，则检测N与N_阈1-2的关系，重复步骤E至步骤G；依次类推，直至找到圆心O_k；

I)以圆心O_k为起点，分别沿X轴的正方向、负方向以及Y轴正方向找到3个灰度值为0的点；根据3点确定一个圆找到圆心P_5k和半径R_k。

S3123，过滤圆心P_5k，生成新的点列表，包括：

J)如果第k层切片的半径R_k＜R_阈2，则重复步骤E至步骤I的过程，直至找到半径R_k≥R_阈2的圆心P_5k；

K)如果圆心P_5k在第五图像上的灰度值小于0，则重复步骤E至步骤I的过程，直至找到半径R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k；

L)将R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k添加进入点列表中，生成新的半径列表，半径R_k添加进入半径列表中。

S3124，过滤半径R_k，生成新的半径列表，包括：

M)如果N_k＜N_阈2，则比较圆心P_5k与点列表中的末尾点的距离L，如果L＞L_阈，则重复步骤E至步骤N，直至点列表中的点的个数N_k≥N_阈2，或L≤L_阈；优选地，L_阈＝8mm。

N)如果N_k≥N_阈2，或N_k＜N_阈2、L≤L_阈则将偏离圆心P_5k远的点的半径值替换为剩余点的平均半径值，作为R_k，将半径R_k填入半径列表中，生成新的半径列表。优选地，N_阈2＝3。

S3125，将每层切片内的位于点列表和半径列表中的像素点对应到第五图像中，在第五图像中得到主动脉中心线。

本申请提供了基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，通过先筛选出心脏重心和脊椎重心，对心脏和脊椎的位置进行定位，然后根据心脏和脊椎的位置从CT图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎、肋骨，从处理后的图像上精确提取主动脉中心线，减少了运算量，算法简单，容易操作，运算速度快，设计科学，图像处理精准。

实施例2：

如图10所示，本申请提供了一种基于CT序列图像获取冠脉树的系统，包括：CT数据获取装置100、心脏重心提取装置200、脊椎重心提取装置300、过滤装置400和主动脉中心线提取装置500；CT数据获取装置100用于获取CT序列图像的三维数据；心脏重心提取装置200与CT数据获取装置100连接，用于根据三维数据获取心脏重心；脊椎重心提取装置300与CT数据获取装置100连接，用于根据三维数据获取脊椎重心；过滤装置400与CT数据获取装置100、心脏重心提取装置200、脊椎重心提取装置300连接，用于从CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；主动脉中心线提取装置500包括二值化图像处理单元510、圆心提取单元520、半径提取单元530和主动脉中心线提取单元540，二值化图像处理单元510与过滤装置400、圆心提取单元520、半径提取单元530连接，主动脉中心线提取单元540与圆心提取单元520、半径提取单元530连接；二值化图像处理单元510用于对含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像进行分层切片，得到二值化图像组；圆心提取单元520用于从二值化图像组中的每层切片上获得圆心，生成点列表；半径提取单元530用于根据圆心获得对应的圆的半径，生成半径列表；主动脉中心线提取单元540用于将每层切片内的位于点列表和半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像中，得到主动脉中心线。

本申请提供了一种计算机存储介质，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法。

所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、驻留软件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。本发明的实施例的方法和/或系统的实施方式可以涉及到手动地、自动地或以其组合的方式执行或完成所选任务。

例如，可以将用于执行根据本发明的实施例的所选任务的硬件实现为芯片或电路。作为软件，可以将根据本发明的实施例的所选任务实现为由计算机使用任何适当操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中，由数据处理器来执行如本文的根据方法和/或系统的示例性实施例的一个或多个任务，诸如用于执行多个指令的计算平台。可选地，该数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性储存器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性储存器，例如，磁硬盘和/或可移动介质。可选地，也提供了一种网络连接。可选地也提供显示器和/或用户输入设备，诸如键盘或鼠标。

可利用一个或多个计算机可读的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举列表)将包括以下各项：

具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括(但不限于)无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

例如，可用一个或多个编程语言的任何组合来编写用于执行用于本发明的各方面的操作的计算机程序代码，包括诸如Java、Smalltalk、C++等面向对象编程语言和常规过程编程语言，诸如″C″编程语言或类似编程语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络--包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读介质中的指令就产生出包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的指令的制造品(article of manufacture)。

还可将计算机程序指令加载到计算机(例如，冠状动脉分析系统)或其它可编程数据处理设备上以促使在计算机、其它可编程数据处理设备或其它设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现过程，使得在计算机、其它可编程装置或其它设备上执行的指令提供用于实现在流程图和/或一个或多个框图方框中指定的功能/动作的过程。

本发明的以上的具体实例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，包括：

获取CT序列图像的三维数据；

根据所述三维数据获取心脏重心和脊椎重心；

从所述CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；

对含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像进行分层切片，得到二值化图像组；

从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，以及对应的圆的半径，分别生成点列表和半径列表；

将每层所述切片内的位于所述点列表和所述半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室和无干扰冠脉树的所述图像中，得到主动脉中心线。

2.根据权利要求1所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述三维数据获取心脏重心的方法包括：

绘制所述CT图像的灰度直方图；

沿着所述灰度直方图的终点M至原点O方向，依次获取M点至M-1点，M点至M-2点，直至获取到M点至O点的各灰度值区域的体积；

获取各灰度值区域的体积与M点至O点的总区域的体积占比V；

如果V＝b，则拾取所述灰度值区域对应的起始点，将所述起始点投射到所述CT三维图像上，获取心脏区域三维图像，拾取所述心脏区域三维图像的物理重心，即为心脏重心P₂；

其中，b表示常数，0.2＜b＜1。

3.根据权利要求2所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，根据所述三维数据获取脊椎重心的方法包括：

如果V＝a，则拾取所述灰度值区域对应的起始点，将所述起始点投射到所述CT三维图像上，获取骨头区域三维图像，拾取所述骨头区域三维图像的物理重心，即为脊椎重心P₁；

其中，a表示常数，0＜a＜0.2。

4.根据权利要求1所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，从所述CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像的方法包括：

从所述CT三维图像上去除肺部组织、降主动脉、脊椎、肋骨，得到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的第五图像。

5.根据权利要求4所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述CT三维图像去除肺部组织的方法包括：

根据医学知识以及CT图像成像原理，设置肺部灰度阈值Q_肺；

如果所述灰度直方图中的灰度值小于Q_肺，则去除所述灰度值对应的图像，得到去除肺部组织的第一图像。

6.根据权利要求5所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述CT三维图像去除降主动脉的方法包括：

将所述心脏重心P₂投影到所述第一图像上，获得心脏的圆心O₁；

设置所述降主动脉灰度阈值Q_降，对所述第一图像进行二值化处理；

根据所述降主动脉与心脏圆心O₁的距离，以及所述脊椎与所述心脏圆心O₁的距离，获取降主动脉对应的圆；

从所述第一图像上去除降主动脉，得到第二图像。

7.根据权利要求6所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述设置所述降主动脉灰度阈值Q_降，对所述第一图像进行二值化处理的方法包括：

获取所述第一图像内的灰度值大于所述降主动脉灰度阈值Q_降的像素点PO，计算所述像素点PO的平均灰度值

从所述第一图像的底层开始分层切片，得到第一二维切片图像组；

根据

对所述第一图像进行二值化处理，去除所述第一图像中的杂质点，得到二值化图像，其中，k为正整数，Q_k表示第k个像素点PO对应的灰度值，P(k)表示第k个像素点PO对应的像素值。

8.根据权利要求7所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述降主动脉与心脏圆心O₁的距离，以及所述脊椎与所述心脏圆心O₁的距离，获取所述降主动脉对应的圆的方法包括：

设置所述降主动脉至所述心脏边缘构成的圆的半径阈值为r_阈；

根据所述降主动脉与所述心脏的距离小于所述脊椎与所述心脏的距离，获取所述脊椎的大致区域与所述降主动脉的大致区域；

根据所述降主动脉的大致区域，去除误差像素点，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆。

9.根据权利要求8所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述降主动脉与所述心脏的距离小于所述脊椎与所述心脏的距离，获取所述脊椎的大致区域与所述降主动脉的大致区域的方法包括：

如果霍夫检测算法获得圆的半径r＞r_阈，则此圆是脊椎对应的圆，不对此圆的圆心和半径进行记录，即为所述脊椎的大致区域；

如果霍夫检测算法获得圆的半径r≤r_阈，则此圆可能是降主动脉对应的圆，记录此圆的圆心和半径，即为降主动脉的大致区域。

10.根据权利要求9所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述降主动脉的大致区域，去除误差像素点，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆的方法包括：

对所述降主动脉的大致区域内的所述圆的圆心和半径进行筛选，去除相邻切片之间圆心偏离较大的圆，即去除误差像素点，形成降主动脉的种子点列表，获得所述降主动脉图像，即为所述降主动脉对应的圆。

11.根据权利要求10所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述从所述第一图像上去除降主动脉，得到所述第二图像的方法包括：

如果所述种子点列表中的圆心个数大于等于3，则计算全部所述种子点的平均半径

和平均圆心点P₃；

计算以P₃为圆心，以

为半径的圆内所有像素点PO的灰度值的平均值

设置参数a，得到连通域灰度阈值

其中a为正数；

重新计算连通域的中心点P₄；

从底层开始，依次计算每层二维切片上P₃与P₄的欧氏距离；

如果第b层的所述二维切片上P₃与P₄的欧氏距离大于m，则将所述第b层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b-1层对应的图像，为所述第二图像，其中b为大于等于2的正数，m≥5；

如果第b层的所述二维切片上P₃与P₄的欧氏距离小于等于m，则提取所述第b层的二维切片内灰度值大于0的像素点，将所述第b层的所述二维切片上的P₃点设置为P₄点；将所述第b+1层及以上的所有二维切片的像素点PO对应的像素值设置为0，得到第一层至第b层对应的图像，为所述第二图像。

12.根据权利要求11所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述CT三维图像去除脊椎的方法包括：

根据所述脊椎重心P₁、心脏重心P₂设置脊椎灰度阈值Q_脊；

提取所述第二图像中像素点PO对应的灰度值大于Q_脊的像素点；

根据提取的像素点提取脊椎连通域，去除所述脊椎连通域，得到第三图像。

13.根据权利要求12所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述根据所述CT三维图像去除肋骨的方法包括：

提取所述第三图像中像素点PO对应的灰度值大于0的像素点，并将与所述第二图像相对应的的所述像素点的灰度值设置为0，得到第四图像；

设置肋骨灰度阈值Q_肋，从所述第四图像上提取灰度值Q＞Q_肋的像素点，根据提取的所述像素点提取肋骨连通域，去除所述肋骨连通域，得到去除降主动脉、脊椎、肋骨的第五图像，所述第五图像为含有左心室、左心房、无干扰冠脉树的图像。

14.根据权利要求13所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述对所述第五图像进行分层切片，得到二值化图像组的方法包括：

A)从所述第五图像的顶层开始分层切片，得到第二二维图像组；

B)设置冠脉树灰度阈值Q_冠1；根据

对所述第五图像的每一层的切片均进行二值化处理，去除所述第五图像中的杂质点，得到所述二值化图像组；

其中，m为正整数，Q_m表示第m个像素点PO对应的灰度值，P(m)表示第m个像素点PO对应的像素值。

15.根据权利要求14所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，以及对应的圆的半径的方法包括：

C)为所述二值化图像组中的每层所述切片建立一张搜索引擎列表，包括：点列表和半径列表，将所述第五图像中提取的像素值为1的点对应的填入每层所述切片的所述点列表中；

D)设定每层所述切片的所述点列表中的像素点的个数阈值均为N_阈1、N_阈2，以及半径阈值均为R_阈1、R_阈2，依次从顶层开始对每层所述切片进行步骤E至步骤M的过程；

E)如果N_k≤N_阈1，R_k＝R_阈1±m，其中，N_k表示第k层所述切片的所述点列表中的像素点的个数，则检测所述第k层切片内的1个圆，以该圆的圆心为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；

F)如果N_k≤N_阈1，R_k≠R_阈1±m，则检测所述第k层切片内的3个圆，如果检测到3个圆则进行步骤I，如果未检测到3个圆则进行所述步骤H；

G)如果N_k＞N_阈1，则重新确定圆心，取所述第k-1层切片内的圆心与所述点列表中的末尾点D距离最近的点为圆心O_k，进行步骤I，如果未检测到圆则进行步骤H；

H)检测N_k与N_阈1-1的关系，重复所述步骤E至所述步骤G，如果仍然没有检测到圆，则检测N与N_阈1-2的关系，重复所述步骤E至所述步骤G；依次类推，直至找到圆心O_k；

I)以所述圆心O_k为起点，分别沿X轴的正方向、负方向以及Y轴正方向找到3个灰度值为0的点；根据3点确定一个圆找到圆心P_5k和半径R_k。

16.根据权利要求15所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，所述过滤圆心P_5k，生成新的点列表的方法包括：

J)如果所述第k层切片的半径R_k＜R_阈2，则重复所述步骤E至所述步骤I的过程，直至找到半径R_k≥R_阈2的圆心P_5k；

K)如果所述圆心P_5k在所述第五图像上的灰度值小于0，则重复所述步骤E至所述步骤I的过程，直至找到半径R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k；

L)将R₁≥R_阈2，且灰度值大于等于0的圆心P_5k添加进入点列表中，生成新的半径列表，半径R_k添加进入半径列表中。

17.根据权利要求16所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法，其特征在于，过滤半径R_k，生成新的半径列表的方法包括：

M)如果N_k＜N_阈2，则比较圆心P_5k与所述点列表中的末尾点的距离L，如果L＞L_阈，则重复所述步骤E至所述步骤N，直至所述点列表中的点的个数N_k≥N_阈2，或L≤L_阈；

N)如果N_k≥N_阈2，或N_k＜N_阈2、L≤L_阈则将偏离所述圆心P_5k远的点的半径值替换为剩余点的平均半径值，作为R_k，将所述半径R_k填入所述半径列表中，生成新的半径列表。

18.一种计算机存储介质，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～17任一项所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法。

19.一种用于权利要求1～17任一项所述的基于CT序列图像获取主动脉中心线的方法的系统，其特征在于，包括：CT数据获取装置、心脏重心提取装置、脊椎重心提取装置、过滤装置和主动脉中心线提取装置；

所述CT数据获取装置，用于获取CT序列图像的三维数据；

所述心脏重心提取装置，与所述CT数据获取装置连接，用于根据所述三维数据获取心脏重心；

所述脊椎重心提取装置，与所述CT数据获取装置连接，用于根据所述三维数据获取脊椎重心；

所述过滤装置，与所述CT数据获取装置、所述心脏重心提取装置、所述脊椎重心提取装置连接，用于从所述CT三维图像上过滤杂质数据，获得含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的图像；

所述主动脉中心线提取装置，包括二值化图像处理单元、圆心提取单元、半径提取单元和主动脉中心线提取单元，所述二值化图像处理单元与所述过滤装置、所述圆心提取单元、所述半径提取单元连接，所述主动脉中心线提取单元与所述圆心提取单元、所述半径提取单元连接；

所述二值化图像处理单元，用于对含有左心房、左心室和无干扰冠脉树的所述图像进行分层切片，得到二值化图像组；

所述圆心提取单元，用于从所述二值化图像组中的每层所述切片上获得圆心，生成点列表；

所述半径提取单元，用于根据所述圆心获得对应的圆的半径，生成半径列表；

所述主动脉中心线提取单元，用于将每层所述切片内的位于所述点列表和所述半径列表中的像素点对应到含有左心房、左心室、无干扰冠脉树的所述图像中，得到主动脉中心线。

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