一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法。

背景技术

形态结构与生理功能的临床评估中，心脏磁共振图像被视为“金标准”，能够清晰的评价心脏肿瘤、脂肪浸润、组织变性，显示积液及囊肿。与其他医学成像技术相比较，心脏磁共振图像具有较为出色的软组织对比度，可以清晰的显示心脏中各腔室结构以及心肌组织的结构特点，而且心脏磁共振图像可以灵活显示患者任何方位的图像信息，可多参数、多序列、任意层面成像，准确定位病变，没有任何辐射损伤。然而，心脏运动造成的边界模糊和B1场的不均匀性导致的灰度不均匀性等图像质量问题，经典的图像分割方法难以对心脏磁共振图像进行精确的分割。在临床实践中，通常由临床专家对感兴趣区域进行手工勾画，然而这一过程耗费大量的时间和精力、工作量巨大，分割结果具有较强的主观性、重复性差，难以进行定量分析，还会由于疲劳导致漏诊和误诊。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法解决了现有技术分割不准确以及人工分割耗时耗力的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法，包括以下步骤：

S1、将三维心脏磁共振图像分割为若干层切片，并转化为二值图像，得到二值图像序列；

S2、分割二值图像序列的心脏区域，获取各层切片的质心位置；

S3、使用最小二乘法拟合理论质心直线，设定质心距离阈值为T；

S4、获取各层切片质心到理论质心直线的距离，并判断是否存在切片质心到理论质心直线的距离大于质心距离阈值T，若是，则进入步骤S5，否则得到分割结果为不存在层间偏移，并结束分割步骤；

S5、将存在层间偏移的切片层进行校正，并根据校正结果分割三维心脏磁共振图像，得到分割结果。

进一步地，所述步骤S2中获取各层切片的质心位置的具体方法为：获取各层切片每个点的坐标值，并且分别计算同一层每个点横坐标和纵坐标的平均值，得到各层的质心位置。

进一步地，所述步骤S3中使用最小二乘法拟合理论质心直线的具体步骤为：

A1、线性拟合初始的理论质心直线为：

A2、将初始的理论质心直线变形为点斜式，分别得到平行于x轴和y轴的两个平面为：

A3、构建求解方程，且通过各层切片的质心在三维空间中的坐标求解a、b、 c和d的值；

A4、将a、b、c和d输入公式(2)中，得到两个相交的平面，并获取两个相交平面的交线，得到理论质心直线；

其中，

进一步地，所述步骤A3的分步骤为：

A31、构建求解方程为：

A32、令求解方程的偏导数为零，得到偏导方程；

A33、通过每层切片的二值图序列计算其质心位置，得到各层质心在三维空间中的坐标；

A34、将各层质心在三维空间中的坐标输入偏导方程中，得到a、b、c和d 的值；

其中，i＝0,1,2,...,N，i表示第i层切片，N表示切片总层数，x

进一步地，所述步骤S5中将存在层间偏移的切片层进行校正的具体方法为：通过各层质心的位置拟合实际质心曲线，消除理论质心直线与实际质心曲线之间的差异，对各层切片的质心位置进行校正。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过水平集方法对三维空间数据的每一层精确分割后，直线拟合各切片质心，将错位层拉回到准确的质心位置，达到校正的目的。

(2)本发明简单高效，校正与分割同时进行，减少等待时间。

(3)本发明将水平集方法应用于该分割模型，将感兴趣目标的几何先验知识自然地结合；同时能够实现图像亚像素级的精确分割；可以灵活处理拓扑结构的复杂变化，便于进一步向高维空间拓展。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法流程图。

图2为本发明采用左心室的三维图像分割实验结果图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种基于层间偏移校正的心脏磁共振图像分割方法，包括以下步骤：

S1、将三维心脏磁共振图像分割为若干层切片，并转化为二值图像，得到二值图像序列；

S2、分割二值图像序列的心脏区域，获取各层切片的质心位置；

S3、使用最小二乘法拟合理论质心直线，设定质心距离阈值为T；

S4、获取各层切片质心到理论质心直线的距离，并判断是否存在切片质心到理论质心直线的距离大于质心距离阈值T，若是，则进入步骤S5，否则得到分割结果为不存在层间偏移，并结束分割步骤；

S5、将存在层间偏移的切片层进行校正，并根据校正结果分割三维心脏磁共振图像，得到分割结果。

所述步骤S2中获取各层切片的质心位置的具体方法为：获取各层切片每个点的坐标值，并且分别计算同一层每个点横坐标和纵坐标的平均值，得到各层的质心位置。

所述步骤S3中使用最小二乘法拟合理论质心直线的具体步骤为：

A1、线性拟合初始的理论质心直线为：

A2、将初始的理论质心直线变形为点斜式，分别得到平行于x轴和y轴的两个平面为：

A3、构建求解方程，且通过各层切片的质心在三维空间中的坐标求解a、b、 c和d的值；

A4、将a、b、c和d输入公式(2)中，得到两个相交的平面，并获取两个相交平面的交线，得到理论质心直线；

其中，

所述步骤A3的分步骤为：

A31、构建求解方程为：

A32、令求解方程的偏导数为零，得到偏导方程；

A33、通过每层切片的二值图序列计算其质心位置，得到各层质心在三维空间中的坐标；

A34、将各层质心在三维空间中的坐标输入偏导方程中，得到a、b、c和d 的值；

其中，i＝0,1,2,...,N，i表示第i层切片，N表示切片总层数，x

所述步骤S5中将存在层间偏移的切片层进行校正的具体方法为：通过各层质心的位置拟合实际质心曲线，消除理论质心直线与实际质心曲线之间的差异，对各层切片的质心位置进行校正。

如图2所示，本发明对层间错位的左心室进行校正，对错位的切片校准，不仅可以对心脏磁共振图像的三维空间数据进行有效分割，还可以提供更为准确的空间信息，有助于医生进行疾病的诊断与分析。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过水平集方法对三维空间数据的每一层精确分割后，直线拟合各切片质心，将错位层拉回到准确的质心位置，达到校正的目的。

(2)本发明简单高效，校正与分割同时进行，减少等待时间。

(3)本发明将水平集方法应用于该分割模型，将感兴趣目标的几何先验知识自然地结合；同时能够实现图像亚像素级的精确分割；可以灵活处理拓扑结构的复杂变化，便于进一步向高维空间拓展。