心血管造影图像边缘特征的提取

心血管造影图像边缘特征的提取 心血管造影图像边缘特征的提取 24卷5期 2005年l0月 中国生物医学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ChineseJournalofBiomedicalEngineering Vo1.24No.5 October20o5 心血管造影图像边缘特征的提取 陆建荣郁道银刘有军 -(北京工业大学生命科学与生物医学工程学院,北京100022) (天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072) (教育部光电信息科学技术重点实验室,天津300072) (总后卫生部药品仪器检验所,北京100071) 摘要:心血管疾病作为老年人的常见病现在比较多见.根据血管造影图像,即时诊断,积极治疗,能预防病情 的发展,解除患者的痛苦.对血管图像的边缘特征进行提取是求取血管直径,分析血管特征和构造心血管三维图 像的基础. 要提取血管造影图像中的纯血管图,提出利用圆 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 灰度最小和微分边缘检测的方法.先利用圆模板灰度最 然后根据路径线的局部斜率确定对边缘进行微分的方向,小 准则 租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载 求取血管的路径, 将血管相邻部分图像灰度进行 微分,按微分最大求取边缘点,最后采用B样条函数对边缘点进行平滑,最终得到血管的边缘线. 关键词:心血管疾病;血管造影图像;边缘特征;特征提取 ExtractionofEdgeFeatureinCardiovascularImage LUJian—RongYUDao—YinLIUYou—Jun (CollegeofScierwe&Bioengineering,BeringUniversityofTechnology,Beijing100022) (CollegeofPrecisionInstrumentandOptoelectronicEng.,TianjinUniversity,Tianjin300072) (KeyhtbofOptoelectronicInformationScience&Technology.MOE,Tianjin300072) (InstituteforDrugandBiomedicalInstrumentControlofHealthDepartmentGLDofPIA.Beljing100071) Abstract:Cardiovasculardiseaseshaveahighoccurrenceamongtheagedpeople.Theangiogramimagecanbeused forearlydiagnosisandtreatment,alleviatingthepainofthepatient. Inordertoextractcoronarya~eryfromthecoronaryangiograms,weputforwardtheruleofgrayscale mi'ni'mi'zati'onwithincircletemplateanddifferentialedgedetection.Atfirst,theaaefi~pathisoutlinedwiththerule ofgrayscaleminimizationwithincircletemplate.Thenchoosethedifferentialdirectionaccordingtotheslopeoflocal a~efialpath,calculatethedifferentialvalueofgrayscalebetweenitsneighboringpoints,theedgepointsarefixed accordingtomaximizationofthedifferentialvalue.Finally,theedgelinesaredeterminedaftersmoothingtotheedge pointsusingB—Splinefunction. Keywords:cardiovasculardisease;angiogram;edgefeature;featureextraction 中图分类号R318文献标识码A文章编号0258—8021(2005)05—0519—05 引言 在x线影像的引导下,将导管经股动脉穿人心 脏,在冠状动脉入口处注射造影剂,使心脏血管成 像.x光透过人体,得到经人体组织及造影剂衰减 后的x光强度图像,此影像投射到影像增强器输入 屏,形成电子图像,经加速后在输出屏形成可见图 像,经光学系统聚焦,将图像映射到摄像管靶面上, 收稿日期:2003.05.21;修回日期:2004-09.10. 摄像机将此光学图像转换成视频信号,显示在监视 器上,供医生诊断,也可用图象采集卡将视频图像转 换成数据图象.采集的心血管图像如图l所示,它 的局部图及其灰度分布如图2所示. PeterMJandJohanHC…通过设计特定的滤波 器,能从心血管造影图像中检测出直径为0.5mm 6mm的血管,提高了血管的检测分辨率,但是滤波 器的参数较多,设计复杂,计算量大;BuxtonB, 522I1国生物医学工程24卷 血管边缘点是灰度急剧变化的点,也是灰度图 像分割的重要依据.本研究采用微分算子进行检 测,因为该算子能很好地反映灰度的突变性,见图 8,得到的灰度边缘符合人眼的判断习惯.微分检测 具有一定的方向性:如果边缘线与微分方向垂直,边 缘处的微分值最大,如果微分方向与边缘线平行,得 不到边缘点,设计了变方向的微分边缘检测法.具 体的求取流程如图9所示. 撂 蠢 图8微分边缘点 下面以在水平方向用微分最大求右侧边缘点为 例说明,实现方法如下,见图l0: ,?0 I ( , XO 一1"1:0 蓁::: , 一… 第,行:...!!!. v ,,) , ,f.一,:警l:l0像素点 路径上的点边缘点?边缘点 图10微分边缘检测算法 在第0行中取路径上的点: PC0(0,Y0) 从PC.点向右读取z个像素点: P町("0J,0J),=0,I,2,…,Z uojXo'Xo1,…'Xol;1)ojYo 求取P..,中相邻两点的差: ?P0』("0J,0J)=P0J(oJ,町)一 Po~j+s)(Uo(j+u),0())(7) =0,1,2,…,Z一1 求最大值P.(".,.),使得: P0("0,0)=max{IAp0,("0f,0,)I}(8) 则边缘点阳为: PE0(U0,0)=P0("0,0)(9) 其中:U0U0,0=0 最后作一次修正: PE0(U0,0)=PE0(U0+1,0)(10) 然后取路径上的下一个点,重复上述步骤,最后 就能得血管的边缘点,如图11所示. 图ll通过微分得到的边缘点 图12B样条平滑结果 3.3血管边缘点的平滑 以上得到的结果无法表示血管的实际边缘,采 用B样条平滑求取血管的实际边缘. 3.3.1B样条函数 B样条是一类具有有限支撑的平滑函数,本研 究用()表示?阶中心B样条,它经过(?+1)次 单位矩形脉冲的卷积而得到,低阶B样条曲线如图 13所示,其等价的递推定义用下式表示: ()=()*pI1'() 其中:()={.1,,其-他1/2<<2(11) ()是一个中心对称的具有紧支撑的?阶分 片多项式,其支撑区间为[一(?+1)/2,(?+1)/2], 5期陆建荣等:心血管造影图像边缘特征的提取523 止,0种样年I阶样条z阶样瓣3阶#条 图1,低阶B样条曲线 节电为K=一(N+1)t2,一fN—I1/2.….(N+1)/2 共(N十2)个高阶B样条(>=3)H-有和高斯雨 数有非常相似的儿何形状I平滑性质,而且在支撑 区间内满足: I'():I【12) .--? 3.3.2B样条的平滑表示 设原始数据为lr(i)li=0,1.2.….?t:.Y(J)为 等距阶B样条平滑公式表示的原始平滑曲线, v()可用下式表示: 州):\二/(一'+……) 其中::.+l,,,』+2.…一, 一 .n是边缘象数点的个数.m是阶B样条 数据}乏度,_r(i)(0,I,2,….)是原始数据.( 一 )是阶B样条函数.经B样条平滑后的边缘 线如图l2所示. 3.4边缘点的连接处理 通过上述方法得到的曲线往局部有间断点.这 样就不能掏成连续的边缘线.原是在血管路径寻 找时得到的路径线不连续.在这艰将它处理成连续 不问断线具体方法如下: I)如果有: . (.,Y.)?P+l(.I....),{14) 其中(..y1i=012….,t为血管边缘I'的 点.. 2)在这种情毗下,点fJ.c..1与P.+.(… .+.)不相连 3)将不相连的情况丹为两种: a)如果: .+l—=..I一'.【15) 将新加入的点按..Y:同时加1,直到与点 [.一(.+.,Y)]相邻 b)如果: …一.?Y…一v(I6) 先计算出两点在,Y方向上差值之比,然后新 增加点的坐标值按差值之比分别进行增加.经上述 处殚后得到r连续的边缘线,蚓I4和图15所示. 图l4连接处理后的边缘线 图15平滑连接后的血管边缘 4结论 本研究提出了一种应用于提取心血管造影图像 边缘特征的方法应用圆模扳灰度最小准则求取 血管路径.根据路径线的局部斜率确定对边缘进行 微分的方向;然后对血管及相邻部分进行微分.按微 分最大求取边缘点;采用B样条对边缘点进行平 滑,再进行连接处理后最终得到血管的边缘线.将 这种方法血用于赛际心缸管图像,获得了满意结果. 参考文献 IITrMJ.J1)hn}IcRelIrnnvalio~ofOptionalFiforthe DetailIn…lf…州^n…IEEETqcc…H lm~gbtgl#.17(1]:108I20 2I.amti~iAA-c…RW.(hJISr~keandspli~fortr~king ~nfigldl?nTDm??Ml^JIn:Bl~onBaI,L'il~la,,^l蝴ul 呷…【cJt抽T咖y:spnV~lag1.25I一l Andn,~KKlein,F0r籼tlleandAnfirAAminlUullrBIive (hm~nary^phywithDefimnableSpli~bl~lelsIEEE ,,…?ffringingl998I6(51:46,8一l 4:Ko~asH,uis.Sera~imNEIrmtM-I-BMorphologira1 .'4e~mentatiana1?jLal~ling''InlnJuvAnglo,ranisfEEE rlm?…Med/c~删咖.[999.m(10):1日一lIl_5 f下接.q,30页J 530 中国生物医学工程24卷 I上接523页) [5]QiaIlY,EihoS,SugimotoN吼a1.AutomaticExtractionof[6]TameSChen,JohnD.Carrol1.3-DReconstructionofCoronar y CoronaryArteryTreeonCoronaryAn0丑rnsbyMo~holoocMArterialTreetoOptimizeAngi0apllicVisualization.IEEE Operators.IEEEComputerinCardiology,1998,25,765—768.TransactionoftMedicaltm~ng.2000.9(4):3l8—336. 2006年国际医学物理和医学生物工程学术会议 国际医学物理和医学生物工程学术年会(WorldCongress2006Seou1)将于2006年8月27日至9月1日在 韩国汉城召开. 受韩国生物医学工程学会理事长(本次会议主席)Dr.SunI.Kim邀请,中国生物医学工程学会将按团体 注册的优惠条件参加本次国际学术会议. 凡有意参加WC2006.Seoul的中国生物医学工程学会会员,如在规定时间内向学会报名备案的,可享受 优惠注册费: 200美元/会员100美元/学生(凭学生证) (注:中国代表可自行联系参会,但未经学会团体注册登记的,注册费仍为550美元/人,学生250美元/学生). 学会号召会员积极参加此次IFMBE年会.请按韩方通知要求积极向大会投稿.有关会议详细情况,请 网上查询:www.wc2006.seou1.org 有意参加WC2006-Seoul的会员请于学会网站:www.csbme.org下载团体注册参会报名表,并于2005年11月 30日前将此表用email寄到学会(联系人:翁晓红;地址:dO8@cast.org.cn;电话:010.65136537),收到后会有 确认.待学会与国际组织取得联系后,再进一步通知.