一种基于MR横轴位图像分割的心脏三维定位方法

一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，属于计算机图像处理领域。


背景技术：

2.磁共振心脏检查是诊断心脏病的重要手段，兼具了其他检测方式(如ct、超声)的优势。例如：通过常规序列可以显示心脏的大体形态；通过电影序列可以评估心肌功能；通过首过灌注及延迟强化可以诊断心肌疾病。但是，这些检查之前都有一个必要的步骤——心脏定位。
3.在分析脑、肝脏等解剖结构时，临床医生通常使用横矢冠三个方位进行断层扫描。但心脏定位扫描不能采用这种方式，因为心脏相对于人体竖直方向是倾斜的，使用横冠矢方位扫描出的心脏断层图像难以作为诊断的依据。相应地，心脏需要扫描三个重要方位，包括长轴、短轴、四腔心。寻找这三个方位的过程称为心脏定位。
4.目前主要的心脏定位方法是手动定位法，即在二维定位像上画定位线，按照一些步骤规范，一步一步去定位。这种方法流程较为复杂，一般的步骤“扫横轴位-》二腔心-》四腔心-》短轴-》长轴”。每一步的定位准确度都会影响接下来的流程，尤其是“二腔心-》四腔心”这步是容易出错，所以手动定位法上手难度较大，依赖于医生的经验。


技术实现要素：

5.本发明针对手动定位法中存在的问题，提出了一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，为医生提供了另一种心脏定位的方案。
6.本发明为解决上述问题采用以下技术方案：
7.本发明提供一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，具体步骤如下：
8.步骤1，扫描mr横轴位，选择合适的扫描层厚和层数，使横轴位断层覆盖整个心脏；
9.步骤2，使用“区域生长分割算法”，对每张图像进行心脏区域分割，“区域生长分割算法”是一种半自动分割方法，流程如图1所示，从队列中取出队首像素，将这个像素点作为“种子”，向四周搜索像素点，若像素点tag＝0，且与种子之间的像素值差小于“阈值”，则将该像素加入队列，tag设为1；
10.步骤3，重建三维心脏图像，将步骤二中分割得到的心脏掩码，调整像素间隔后，堆叠成三维心脏图像；步骤3提到的重建三维心脏图像具体细节如下：软件读取dicom文件中的pixelspacing字段，作为x轴和y轴的像素间隔，将相邻2张dicom文件中的imagepositionpatient字段的差作为z轴的像素间隔，将步骤2得到的心脏掩码合成一个三维数组，乘以像素间隔，在软件中使用vtk渲染出一个具有实际尺寸的三维心脏图像。
11.步骤4，手动调整定位面，计算扫描面参数，定位面和扫描面的关系如图2所示，定位面是用户任意调整的平行四边形，扫描面是以定位面为中心，有指定边长的正方形。用户可以通过调整定位面起始点的坐标、横轴和纵轴的方向向量、长度，改变定位面的形状，并
将其定位面移动到指定位置、设置扫描面边长、计算得到扫描面参数(左上角坐标a，横轴x方向向量纵轴y方向向量平面法向量)。已知定位面横轴m方向向量长度lm、纵轴n方向向量长度ln、左上角坐标p和扫描面边长l。同时规定normalizeize()表示标准化(转化为单位向量)，
×
运算符表示叉乘，表示定位面和扫描面的法向量。扫描面参数的推导过程如下：
[0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]
步骤5，将扫描面参数(包括左上角坐标、横轴方向向量、纵轴方向向量、面法向量)导磁共振扫描系统中，进行核磁共振扫描。
[0024]
相对于现有技术，本发明有以下优点：(1)通过使用“区域生长算法”对胸腔影像进行半自动分割，能够提高医生分割心脏区域的效率；(2)通过多张mr横轴位图像堆叠心脏三维图像，让医生能够更直观地观察心脏形态，确定心脏扫描面的位置；(3)通过调整定位面的参数，可以快速地将定位面调到预想中的位置，并计算出扫描面的参数，输入磁共振扫描系统中扫描；(4)与手动定位法相比，该方法只需要扫描横轴位的胸腔影像，经过后处理得到扫描面参数后直接扫描心脏的长轴、短轴、四腔心等扫描面，缩短了定位流程消耗的时间，提高了心脏定位的准确度。
附图说明
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图1为区域生长分割算法的流程图；
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图2为定位面和扫描面的关系示意图；
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图3为本发明的流程示意图；
[0028]
图4为本发明整体定位方法示意图。
具体实施方式
[0029]
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0030]
实施例1：本发明提供一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，具体步骤如下：
[0031]
步骤1，扫描mr横轴位，选择合适的扫描层厚和层数，使横轴位断层覆盖整个心脏；
[0032]
步骤2，使用“区域生长分割算法”，对每张图像进行心脏区域分割，“区域生长分割算法”是一种半自动分割方法，流程如图1所示，从队列中取出队首像素，将这个像素点作为“种子”，向四周搜索像素点，若像素点tag＝0，且与种子之间的像素值差小于“阈值”，则将该像素加入队列，tag设为1；
[0033]
步骤3，重建三维心脏图像，将步骤二中分割得到的心脏掩码，调整像素间隔后，堆叠成三维心脏图像；步骤3提到的重建三维心脏图像具体细节如下：软件读取dicom文件中的pixelspacing字段，作为x轴和y轴的像素间隔，将相邻2张dicom文件中的imagepositionpatient字段的差作为z轴的像素间隔，将步骤2得到的心脏掩码合成一个三维数组，乘以像素间隔，在软件中使用vtk渲染出一个具有实际尺寸的三维心脏图像。
[0034]
步骤4，手动调整定位面，计算扫描面参数，定位面和扫描面的关系如图2所示，定位面是用户任意调整的平行四边形，扫描面是以定位面为中心，有指定边长的正方形。用户可以通过调整定位面起始点的坐标、横轴和纵轴的方向向量、长度，将定位面移动到指定位置、设置扫描面边长、计算得到扫描面参数(左上角坐标a，横轴x方向向量纵轴y方向向量平面法向量)。已知定位面横轴m方向向量长度lm、纵轴n方向向量长度ln、左上角坐标p和扫描面边长l。同时规定normalize()表示标准化(转化为单位向量)，
×
运算符表示叉乘，表示定位面和扫描面的法向量。扫描面参数的推导过程如下：
[0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044]
[0045][0046]
步骤5，将扫描面参数(包括左上角坐标、横轴方向向量、纵轴方向向量、面法向量)导入仪器中，进行核磁共振扫描。
[0047]
发明的整个流程示意图如图3所示。
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具体实施例：一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，具体步骤如下：
[0049]
步骤1，扫描mr横轴位。患者进入扫描仪后，医生将层厚设置为8mm，层数设置为12，并使定位线覆盖整个心脏，进行扫描，将得到的图片保存为dicom格式；
[0050]
步骤2，分割图像心脏区域。将步骤1中得到的dicom文件导入软件，调整图像窗宽窗位，并采用“区域生长分割算法”进行分割，分割过程如下：用鼠标点击图像中的某一像素，该像素即被视为“种子”，向四周搜索，寻找像素值差小于“阈值”的像素，归为心脏区域，若分割不准确，点击撤销，调整“阈值”，继续分割操作，最后得到12张心脏分割图；
[0051]
步骤3，重建三维心脏图像。软件读取dicom文件中的pixelspacing字段，作为x轴和y轴的像素间隔，将相邻2个dicom文件中的imagepositionpatient字段的差值作为z轴的像素间隔，将步骤2得到的心脏掩码合成一个三维数组，乘以像素间隔，在软件中重建出一个具有实际尺寸的三维心脏图像；
[0052]
步骤4，手动调整定位面，计算扫描面参数。在软件中调整定位面起始点、横轴、纵轴，使定位面位于心脏的四腔心位置，接着调整扫描面的边长，通过定位面与扫描面的转化关系，得到扫描面参数(左上角坐标、横轴方向向量、纵轴方向向量、平面法向量)；
[0053]
步骤5，将扫描面参数导入扫描仪软件中，进行核磁共振扫描。
[0054]
效果评估：
[0055]
本发明提出一种基于mr横轴位图像分割的心脏三维定位方法，为心脏定位提供了一种有效的方案。通过该发明的得到的心脏定位图的质量取决于定位面的准确度。
[0056]
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。