一种心脏MRI左心室分割方法及装置

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，具体为一种心脏MRI左心室分割方法及装置。

背景技术

心脏是人体中很重要的一部分，心脏疾病已成为对人类生命威胁较大的疾病之一。对心脏图像感兴趣部分的提取与分割在临床医学研究心脏病变组织中起着至关重要的作用，它能够辅助医生诊断，减少人为失误，提高就医效率，节省医生和病人宝贵时间。

MRI也就是磁共振成像，英文全称是：Magnetic Resonance Imaging。磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。磁共振成像技术与其它断层成像技术(如CT)有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量(如密度)在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间－波谱分布的四维图像。

由于心脏的左心室负责向全身供血，在心脏功能中起着重要的作用，也是整个心脏中容易病变的区域，因此左心室形态和运动的异常被视为心血管临床诊断的重要依据。为帮助患者进行脑血管疾病(Cerebrovascular Disease，简称CVD)的诊断，医生致力于根据心脏MRI图像确定患者的左心室容积、心肌壁厚度、并测量在心动周期的心室血量(射血分数)和管壁增厚性质的变化，而确定心肌壁厚度及对心肌壁增厚速率的度量、左心室容积和射血分数大小都依赖于左心室心肌的正确分割，因此，左心室心肌的分割在心脏MRI图像中受到了广泛的关注。

目前，左心室心肌的分割方法主要包括专家手工分割、计算机交互式分割和全自动分割。手工分割对专家知识和经验要求很高，而且不可避免存在人为误差，同时对海量MRI数据进行手工处理是一件耗时和枯燥的事情，因此，借助计算机的交互式半自动分割和全自动分割在心脏MRI心肌的分割中具有极大的研究意义和价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种心脏MRI左心室分割方法，包括以下步骤：

步骤一：获取待分割心脏MRI左心室图像，并使用LIC模型对图像进行初步分割，提取出图像中的组织和器官；

步骤二：使用分水岭算法弥补粘连的不同组织或器官之间缺失的边界，将其分开，人工选取种子点进行区域生长初步提取左心室；

步骤三：利用左心室形状特征的先验知识判断提取的左心室中是否包含主动脉，若包含则去除主动脉，得到精确的左心室分割结果。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤一中使用LIC模型对左心室底层MRI图像进行分割，设置一个初始轮廓，通过对式能量泛函的迭代求最优解，使其能量最小化,并不断修正轮廓线和偏移场,去除偏移场造成的灰度不均匀及噪声的影响，并用轮廓线将心脏MRI图像中组织和器官划分出来。

作为本发明的一种优选技术方案，所述对分割后的图像进行二值化处理，轮廓线内阈值为1，轮廓线外阈值为0，通过欧氏距离变换进行灰度重建。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤二中使用分水岭算法对灰度重建的图像进行分割，并在不同的组织和器官之间筑建分水岭。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤二通过手动选取种子点进行区域生长提取左心室，并计算出左心室质心坐标，计算出左心室轮廓质心到各边缘点的距离Pi，选取距离最大值Ma和距离最小值Mi，并根据距离最大值和距离最小值分析和判断左心室是否与主动脉相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述找出左心室轮廓中质心到边缘点的所有满足(Pi-Mi)/(Ma-Mi)<0.3的极小值点，若距离最大值Ma的位置在两个相邻的极小值点之间，则以这两个极小值点为分割点作直线将左心室轮廓与主动脉轮廓分开，重新确定左心室的质心，在两个分割点与该质心相连所成角度的中线方向取两个分割点到质心的距离平均值作第三个分割点，以这三个分割点作曲线补全左心室轮廓，得到最终的左心室轮廓。

一种心脏MRI左心室分割装置，包括图像获取模块，用于获取待分割心脏MRI图像；心脏目标图像检测模块，用于对心脏MRI图中组织和器官进行检测区分；心脏图像提取模块，用于基于所述心脏主体图像的形状，判断所述心脏主体图像中是否包括主动脉相连及与心脏粘连的肝脏图像，并对其进行去除，得到心脏图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该种心脏MRI左心室分割方法，使用LIC模型对图像进行初步分割，提取出图像中的组织和器官，然后，使用分水岭算法弥补粘连的不同组织或器官之间缺失的边界，将其分开，人工选取种子点进行区域生长初步提取左心室，最后，利用左心室形状特征的先验知识判断提取的左心室中是否包含主动脉，若包含则去除主动脉，得到精确的左心室分割结果.实验结果表明，该方法能有效去除心脏MRI图像上左心室底层存在的弱边界和边缘泄露的影响，得到准确的左心室底层组织分割结果。通过将LIC模型和分水岭算法进行结合,有效解决了心脏MRI图像左心室底层存在的噪声、灰度不均匀、弱边界及边界缺失的问题,并有效提高了对左心室轮廓的分割提取效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种心脏MRI左心室分割方法的方法示意图；

图2是本发明一种心脏MRI左心室分割装置的装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-2所示，本发明一种心脏MRI左心室分割方法，包括以下步骤：

步骤一：获取待分割心脏MRI左心室图像，并使用LIC模型对图像进行初步分割，提取出图像中的组织和器官；

步骤二：使用分水岭算法弥补粘连的不同组织或器官之间缺失的边界，将其分开，人工选取种子点进行区域生长初步提取左心室；

步骤三：利用左心室形状特征的先验知识判断提取的左心室中是否包含主动脉，若包含则去除主动脉，得到精确的左心室分割结果。

其中，步骤一中使用LIC模型对左心室底层MRI图像进行分割，设置一个初始轮廓，通过对式能量泛函的迭代求最优解，使其能量最小化,并不断修正轮廓线和偏移场,去除偏移场造成的灰度不均匀及噪声的影响，并用轮廓线将心脏MRI图像中组织和器官划分出来。

其中，对分割后的图像进行二值化处理，轮廓线内阈值为1，轮廓线外阈值为0，通过欧氏距离变换进行灰度重建。

其中，步骤二中使用分水岭算法对灰度重建的图像进行分割，并在不同的组织和器官之间筑建分水岭。

其中，步骤二通过手动选取种子点进行区域生长提取左心室，并计算出左心室质心坐标，计算出左心室轮廓质心到各边缘点的距离Pi，选取距离最大值Ma和距离最小值Mi，并根据距离最大值和距离最小值分析和判断左心室是否与主动脉相连。

其中，找出左心室轮廓中质心到边缘点的所有满足(Pi-Mi)/(Ma-Mi)<0.3的极小值点，若距离最大值Ma的位置在两个相邻的极小值点之间，则以这两个极小值点为分割点作直线将左心室轮廓与主动脉轮廓分开，重新确定左心室的质心，在两个分割点与该质心相连所成角度的中线方向取两个分割点到质心的距离平均值作第三个分割点，以这三个分割点作曲线补全左心室轮廓，得到最终的左心室轮廓。

一种心脏MRI左心室分割装置，包括图像获取模块，用于获取待分割心脏MRI图像；心脏目标图像检测模块，用于对心脏MRI图中组织和器官进行检测区分；心脏图像提取模块，用于基于所述心脏主体图像的形状，判断所述心脏主体图像中是否包括主动脉相连及与心脏粘连的肝脏图像，并对其进行去除，得到心脏图像。

工作原理：首先使用LIC模型对左心室底层MRI图像进行分割，设置一个初始轮廓，通过对式能量泛函的迭代求最优解，使其能量最小化，从而不断修正轮廓线和偏移场，去除偏移场造成的灰度不均匀及噪声的影响，并用轮廓线将心脏MRI图像中组织和器官划分出来；然后对分割后的图像进行二值化处理，轮廓线内阈值为1，轮廓线外阈值为0；最后通过欧氏距离变换进行灰度重建，使轮廓线内组织和器官的灰度中心最低并向边缘递增，从而在不同的组织和器官内形成灰度极小值区域，然后使用分水岭算法对灰度重建的图像进行分割时，不同组织和器官内的极小值区域逐渐向外扩展，最终在不同的组织和器官之间筑建分水岭，将相互粘连的不同组织和器官分割开，从而解决弱边界和边界不存在的问题，再通过手动选取种子点进行区域生长提取左心室，计算出左心室质心坐标并计算出左心室轮廓质心到各边缘点的距离Pi，找出距离最大值Ma和距离最小值Mi，并根据距离最大值和距离最小值分析和判断左心室是否与主动脉相连：如果Ma<30像素且(Ma-Mi)/Ma>0。50，或者Ma>30像素且(Ma-Mi)/Ma>0.38，则左心室与主动脉相连，需要进一步处理，否则提取出的左心室轮廓即作为最终结果，最后找出左心室轮廓中质心到边缘点的所有满足(Pi-Mi)/(Ma-Mi)<0.3的极小值点，若距离最大值Ma的位置在两个相邻的极小值点之间，则以这两个极小值点为分割点作直线将左心室轮廓与主动脉轮廓分开，重新确定左心室的质心，在两个分割点与该质心相连所成角度的中线方向取两个分割点到质心的距离平均值作第三个分割点，以这三个分割点作曲线补全左心室轮廓，得到最终的左心室轮廓。

最后应说明的是：在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。