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专利号: 2020105398379
申请人: 中南民族大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种心脏图像四维上下文分割方法,其特征在于,所述心脏图像四维上下文分割方法包括以下步骤:获取四维心脏图像,根据所述四维心脏图像构建三维活动形状模型中的点分布模型;

根据所述四维心脏图像构建心脏初始形状;

根据所述点分布模型对所述心脏初始形状进行处理,获得心脏舒张期时相下的初始形状;

根据所述三维活动形状模型和所述心脏舒张期时相下的初始形状对心脏舒张期时相下的图像进行分割,获得当前时相下的分割结果;

将所述当前时相下的分割结果作为与所述当前时相相邻时相待分割心脏图像的初始形状,依次类推,对所述四维心脏图像中各时相下的图像进行逐一分割,获得所述四维心脏图像对应的所有时相的分割图像;

其中,所述获取四维心脏图像,根据所述四维心脏图像构建三维活动形状模型中的点分布模型,具体包括:获取四维心脏图像的集合,通过群组互信息方式从所述四维心脏图像的集合中选择舒张期时相下的初始平均图像;

从所述四维心脏图像的集合中获取舒张期个例图像;

将所述舒张期个例图像与所述舒张期时相下的初始平均图像进行全局刚性配准,获得舒张期个例配准图像;

将所述舒张期时相下的初始平均图像作为迭代平均图像;

将所述舒张期个例配准图像与所述迭代平均图像进行局部非刚性配准,获得所述舒张期个例图像与所述迭代平均图像配准的形变位移场;

对所述形变位移场进行预设运算,获得平均位移场;

根据所述平均位移场与对所述迭代平均图像进行合成,获得合成平均图像;

将所述合成平均图像作为新的所述迭代平均图像,并返回所述将所述舒张期个例配准图像与所述迭代平均图像进行局部非刚性配准,获得所述舒张期个例图像与所述迭代平均图像配准的形变位移场的步骤进行迭代更新,经过若干次迭代后,获得舒张期时相的最终平均图像;

其中,所述预设运算的公式为:

式中,n为所述舒张期个例图像数量,i为迭代次数, 为从Is到 的所述形变位移场,为所述平均位移场;

其中,所述合成平均图像的定义公式为:

式中,为定义的连接运算符, 为从第0次到第i次迭代累计形变位移场的逆变换,为第i次迭代时的所述合成平均图像;

其中,所述逆变换的定义公式为:

式中, 为全局刚性配准中从所述舒张期个例图像到所述初始平均图像 的平均形变位移场;

根据所述舒张期时相的最终平均图像构建三维活动形状模型中的点分布模型;

其中,所述根据所述四维心脏图像构建心脏初始形状的步骤,具体包括:根据所述四维心脏图像提取不同时相下三维心脏图像中的预设标记点,所述预设标记点包括所述三维心脏图像中位于主动脉、二尖瓣、左心室心尖、三尖瓣和右心室心尖的五个标记点;

基于所述预设标记点构建所述心脏初始形状。

2.如权利要求1所述的心脏图像四维上下文分割方法,其特征在于,所述获取四维心脏图像的集合,通过群组互信息方式从所述四维心脏图像的集合中选择舒张期时相下的初始平均图像,具体包括:获取四维心脏图像的集合,从所述四维心脏图像的集合中选取初始参考图像;

根据所述初始参考图像和所述四维心脏图像的集合,计算所述四维心脏图像集合中四维心脏图像的群组互信息;

根据所述群组互信息通过留一法交叉验证,获得舒张期时相下的初始平均图像。

3.如权利要求1所述的心脏图像四维上下文分割方法,其特征在于,所述根据所述舒张期时相的最终平均图像构建三维活动形状模型中的点分布模型,具体包括:对所述舒张期时相的最终平均图像进行分割标记,获得已标记心脏图像;

根据所述已标记心脏图像通过面绘制算法构造心脏图谱的三维网格形状;

根据所述三维网格形状构建三维活动形状模型中的点分布模型。

4.如权利要求1~3中任一项所述的心脏图像四维上下文分割方法,其特征在于,所述根据所述点分布模型对所述心脏初始形状进行处理,获得心脏舒张期时相下的初始形状之前,所述心脏图像四维上下文分割方法还包括:获取待训练心脏序列图像与对应的分割标记,通过待训练卷积神经网络对所述待训练心脏序列图像与对应的所述分割标记进行训练,获得已训练卷积神经网络;

根据所述已训练卷积神经网络对所述待训练心脏序列图像进行分割,获得心脏左右心室初分割图像;

根据所述心脏左右心室初分割图像,计算各个时相下左心室血池容积;

将各个时相下左心室血池容积中最大血池容积所在的时相认定为舒张期时相;

相应地,所述根据所述点分布模型对所述心脏初始形状进行处理,获得心脏舒张期时相下的初始形状,具体包括:从所述心脏左右心室初分割图像中获取所述舒张期时相的心脏初分割图像;

根据所述舒张期时相的心脏初分割图像获取所述心脏初始形状的预设标记点;

根据所述点分布模型生成平均形状,将所述平均形状进行拉伸、旋转和平移,以使所述平均形状与所述心脏初始形状的预设标记点重合,获得心脏舒张期时相下的初始形状。

5.如权利要求1~3中任一项所述的心脏图像四维上下文分割方法,其特征在于,所述根据所述三维活动形状模型和所述心脏舒张期时相下的初始形状对心脏舒张期时相下的图像进行分割,获得当前时相下的分割结果,具体包括:根据所述三维活动形状模型将待分割心脏图像与所述心脏舒张期时相下的初始形状相交,获得交点集;

沿着所述交点集的法线方向采样,获得截面上的一交点;

计算所述交点对应于所述法线上的图像轮廓点,根据所述交点和所述法线上的图像轮廓点产生所述截面上的二维力,以驱动所述交点朝着所述待分割心脏图像的心脏轮廓方向前进;

将所述二维力映射为三维力,驱动所述心脏舒张期时相下的初始形状朝着所述待分割心脏图像的心脏轮廓方向逼近,获得当前时相下的分割结果。

6.一种心脏图像四维上下文分割设备,其特征在于,所述心脏图像四维上下文分割设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的心脏图像四维上下文分割程序,所述心脏图像四维上下文分割程序被所述处理器执行时实现如权利要求

1至5中任一项所述的心脏图像四维上下文分割方法的步骤。

7.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有心脏图像四维上下文分割程序,所述心脏图像四维上下文分割程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的心脏图像四维上下文分割方法的步骤。

8.一种心脏图像四维上下文分割装置,其特征在于,所述心脏图像四维上下文分割装置包括:构建模块,用于获取四维心脏图像,根据所述四维心脏图像构建三维活动形状模型中的点分布模型;

所述构建模块,还用于根据所述四维心脏图像构建心脏初始形状;

处理模块,用于根据所述点分布模型对所述心脏初始形状进行处理,获得心脏舒张期时相下的初始形状;

分割模块,用于根据所述三维活动形状模型和所述心脏舒张期时相下的初始形状对心脏舒张期时相下的图像进行分割,获得当前时相下的分割结果;

所述分割模块,还用于将所述当前时相下的分割结果作为与所述当前时相相邻时相待分割心脏图像的初始形状,依次类推,对所述四维心脏图像中各时相下的图像进行逐一分割,获得所述四维心脏图像对应的所有时相的分割图像;

其中,所述构建模块,具体用于获取四维心脏图像的集合,通过群组互信息方式从所述四维心脏图像的集合中选择舒张期时相下的初始平均图像;从所述四维心脏图像的集合中获取舒张期个例图像;将所述舒张期个例图像与所述舒张期时相下的初始平均图像进行全局刚性配准,获得舒张期个例配准图像;将所述舒张期时相下的初始平均图像作为迭代平均图像;将所述舒张期个例配准图像与所述迭代平均图像进行局部非刚性配准,获得所述舒张期个例图像与所述迭代平均图像配准的形变位移场;对所述形变位移场进行预设运算,获得平均位移场;根据所述平均位移场与对所述迭代平均图像进行合成,获得合成平均图像;将所述合成平均图像作为新的所述迭代平均图像,并返回所述将所述舒张期个例配准图像与所述迭代平均图像进行局部非刚性配准,获得所述舒张期个例图像与所述迭代平均图像配准的形变位移场的步骤进行迭代更新,经过若干次迭代后,获得舒张期时相的最终平均图像;

其中,所述预设运算的公式为:

式中,n为所述舒张期个例图像数量,i为迭代次数, 为从Is到 的所述形变位移场,为所述平均位移场;

其中,所述合成平均图像的定义公式为:

式中,为定义的连接运算符, 为从第0次到第i次迭代累计形变位移场的逆变换,为第i次迭代时的所述合成平均图像;

其中,所述逆变换的定义公式为:

式中, 为全局刚性配准中从所述舒张期个例图像到所述初始平均图像 的平均形变位移场;

根据所述舒张期时相的最终平均图像构建三维活动形状模型中的点分布模型;

所述构建模块,还具体用于根据所述四维心脏图像提取不同时相下三维心脏图像中的预设标记点,所述预设标记点包括所述三维心脏图像中位于主动脉、二尖瓣、左心室心尖、三尖瓣和右心室心尖的五个标记点;基于所述预设标记点构建所述心脏初始形状。