一种管状结构狭窄度的计算方法、计算装置和电子设备

技术领域

本发明涉及医学技术领域，具体而言，涉及一种管状结构狭窄度的计算方法、计算装置和电子设备。

背景技术

心脑血管疾病是全球头号死因，每年死于心脑血管疾病的人数多于任何其他死因。其中，85%死于心脏病和中风。而脉粥样硬化是引起中风和心肌梗死最主要的原因，约占到30%。目前，在临床上，狭窄度是一项最主要的评价指标。通常以70%作为分界线：狭窄度高于该数值的，手术治疗有助于降低病人中风的风险；而低于该数值而高于50%的，临床试验结果显示手术的益处不大；狭窄度在50%以下的，手术无益处。由此可见，准确地评估狭窄度具有很重要的临床意义。

目前，狭窄度的计算方式在多数情况下以医生目测或者手动测量为主，而狭窄度计算的“金标准”DSA是有创的，会对病人造成一定伤害，在多数情况不建议使用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种管状结构狭窄度的计算方法、计算装置和电子设备，能够克服医生目测的主观性以及手动测量所带来的人为误差，对临床诊断有重大的辅助意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种管状结构狭窄度的计算方法，包括如下步骤：获取目标部位的原始扫描图像；对所述原始扫描图像进行分割，获取管状结构的掩模图像；根据所述掩模图像，采用骨架方法获取管状结构的中心线路径；根据所述掩模图像和中心线路径对管状结构进行拉直，获取拉直图像；在所述拉直图像上计算管状结构的狭窄度。

作为优选方案，根据所述掩模图像和中心线路径对管状结构进行拉直，获取拉直图像，包括：计算所述中心线路径上的每个中心点的局部坐标系；根据每个中心点的局部坐标系和原始输入的掩模图像，定义重采样线；将与所述重采样线接触的三维体素纳入到拉直图像中。

作为优选方案，所述每个中心点的局部坐标系为

步骤1，确定

步骤2，依次确定

其中，

作为优选方案，所述定义重采样线的公式为:

其中，

作为优选方案，在所述拉直图像上计算管状结构的狭窄度，包括：遍历所述拉直图像上的非全零的每一行，找到最左边和最右边的像素坐标；记录所有非全零行的管状结构直径，并将最小的管状结构直径作为最狭窄处；除去最狭窄处附近的区域后，进行线性插值获得最狭窄处的正常直径；重复上述步骤，遍历所有的角度得到每个不同角度下的狭窄度，取所有狭窄度集合中最小的狭窄度作为最终的计算结果。

作为优选方案，所述线性插值的方法采用最小二乘法。

第二方面，本发明提供了一种管状结构狭窄度的计算装置，包括：原始图像获取模块，用于获取目标部位的原始扫描图像；掩模图像获取模块，用于对所述原始扫描图像进行分割，获取管状结构的掩模图像；中心线路径获取模块，用于根据所述掩模图像，采用骨架方法获取管状结构的中心线路径；拉直图像获取模块，用于根据所述掩模图像和中心线路径对管状结构进行拉直，获取拉直图像；狭窄度计算模块，用于在所述拉直图像上计算管状结构的狭窄度。

作为优选方案，所述拉直图像获取模块包括：坐标系计算单元，用于计算所述中心线路径上的每个中心点的局部坐标系；重采样线定义单元，用于根据每个中心点的局部坐标系和原始输入的掩模图像，定义重采样线；拉直图像生成单元，用于将与所述重采样线接触的三维体素纳入到拉直图像中。

作为优选方案，所述狭窄度计算模块包括：坐标获取单元，用于遍历所述拉直图像上的非全零的每一行，找到最左边和最右边的像素坐标；直径记录单元，用于记录所有非全零行的管状结构直径，并将最小的管状结构直径作为最狭窄处；直经处理单元，用于除去最狭窄处附近的区域后，进行线性插值获得最狭窄处的正常直径；重复单元，用于重复上述步骤，遍历所有的角度得到每个不同角度下的狭窄度，取所有狭窄度集合中最小的狭窄度作为最终的计算结果。

第三方面，本发明提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过对获取到的原始扫描图像进行分割，获得掩模图像，再根据掩模图像获取中心线路径，结合中心线路径和掩模图像，获得拉直图像，最后在拉直图像上计算管状结构的狭窄度。该方法可以沿着管状结构的走向将管状结构及周边组织展示在一张二维图像上，能够更加直观的看到狭窄位置，而且通过旋转能够得到不同角度下的拉直图像，便于定位斑块的位置。本发明能够克服医生目测的主观性以及手动测量所带来的人为误差，对临床诊断有重大的辅助意义。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1为本发明实施例管状结构狭窄度的计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例获取拉直图像的流程示意图；

图3为本发明实施例在拉直图像上计算管状结构的狭窄度的流程示意图；

图4为本发明实施例管状结构的拉直图像；

图5为本发明实施例管状结构狭窄度的计算装置的结构示意图；

图6为本发明实施例拉直图像获取模块的结构示意图；

图7为本发明实施例狭窄度计算模块的结构示意图；

图8为本发明实施例电子设备的结构示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据本发明的一实施方式结合图1示出。一种管状结构狭窄度的计算方法，包括如下步骤：

S101，获取目标部位的原始扫描图像。具体的，目标部位指的是研究部位，比如头、颈、心脏、肺、肝等，可以通过核磁、CT、OCT等方式获取病人目标部位的原始扫描图像。定义原始扫描图像为

其中，origImg指的是原始扫描图像序列对应的3维矩阵，i、j、k是指各个维度上的索引下标,M、N、D指的是各个维度上的大小。

S102，对所述原始扫描图像进行分割，获取管状结构的掩模图像。

上述掩模图像可以采用自动分割或者手动逐层勾画得到，其中，自动分割可以采用阈值分割、区域增长、水平集等方式，也可以采用机器学习方法比如U-net等；手动逐层勾画则可以用标注软件，比如ITK-Snap、3D slicer进行逐层标注。定义掩模图像为：

S103，根据所述掩模图像，采用骨架方法获取管状结构的中心线路径。

具体的，骨架方法是基于图形学的一种方法，主要是将分割得到的掩模图像mask处理成单像素连通的，即每个切片中的任意像素在x和y方向的连通像素不超过2。

定义中心线路径为：

S104，根据所述掩模图像和中心线路径对管状结构进行拉直，获取拉直图像。重建拉直图像可以沿着管状结构的走向将管状结构及周边组织展示在一张二维图像上，能够更加直观的看到狭窄位置，而且通过旋转能够得到不同角度下的拉直图像，便于定位斑块的位置。

参见图2，某个角度

S1041，计算上述中心线路径上的每个中心点的局部坐标系。

定义每个中心点

（1）确定

其中，

（2）依次确定

S1042，根据每个中心点的局部坐标系和原始输入的掩模图像，定义重采样线。

假设输出的二维拉直图像

其中

定义重采样线:

S1043，将与上述重采样线接触的三维体素纳入到拉直图像中。

需要说明的是，医学扫描图像序列一般是三维的，在计算机中用三维矩阵进行表示，三维体素指的是某个图像坐标（i,j,k）处的像素值。

二维拉直图像

其中，

其中，

S105，在拉直图像上计算管状结构的狭窄度。

参见图3，计算狭窄度具体包括步骤S1051至 S1054。

S1051，遍历所述拉直图像上的非全零的每一行，找到最左边和最右边的像素坐 标。定义最左边和最右边的像素坐标分别为

S1052，记录所有非全零行的管状结构直径，并将最小的管状结构直径作为最狭窄 处。最小的管状结构直径记为

S1053，除去最狭窄处附近的区域后，进行线性插值获得最狭窄处的正常直径。正 常直径记为

具体的线性插值的方法可以采用最小二乘法。即：

已知样本集为

那么根据直径法计算的狭窄度为:

S1054，重复上述步骤，遍历所有的角度得到每个不同角度

图4为本发明实施例管状结构的拉直图像。图中拉直的管状结构为冠脉dLAD段，标注的横线为最狭窄位置。

参见图5，本发明公开了一种管状结构狭窄度的计算装置，包括：

原始图像获取模块101，用于获取目标部位的原始扫描图像。

掩模图像获取模块102，用于对原始扫描图像进行分割，获取管状结构的掩模图像。

中心线路径获取模块103，用于根据掩模图像，采用骨架方法获取管状结构的中心线路径。

拉直图像获取模块104，用于根据掩模图像和中心线路径对管状结构进行拉直，获取拉直图像。

狭窄度计算模块105，用于在拉直图像上计算管状结构的狭窄度。

参见图6，上述拉直图像获取模块104包括：

坐标系计算单元1041，用于计算中心线路径上的每个中心点的局部坐标系；

重采样线定义单元1042，用于根据每个中心点的局部坐标系和原始输入的掩模图像，定义重采样线；

拉直图像生成单元1043，用于将与重采样线接触的三维体素纳入到拉直图像中。

参见图7，上述狭窄度计算模块105包括：

坐标获取单元1051，用于遍历拉直图像上的非全零的每一行，找到最左边和最右边的像素坐标；

直径记录单元1052，用于记录所有非全零行的管状结构直径，并将最小的管状结构直径作为最狭窄处；

直经处理单元1053，用于除去最狭窄处附近的区域后，进行线性插值获得最狭窄处的正常直径；

重复单元1054，用于重复上述步骤，遍历所有的角度得到每个不同角度下的狭窄度，取所有狭窄度集合中最小的狭窄度作为最终的计算结果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

参见图8，本发明还公开了一种电子设备，该电子设备200包括至少一个存储器210、至少一个处理器220以及连接不同平台系统的总线230。

存储器210可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(RAM)211和/或高速缓存存储器212，还可以进一步包括只读存储器(ROM)213。

其中，存储器210还存储有计算机程序，计算机程序可以被处理器220执行，使得处理器220执行本申请实施例中上述任一项方法的步骤，其具体实现方式与上述方法的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致，部分内容不再赘述。存储器210还可以包括具有一组(至少一个)程序模块215的程序/实用工具214，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

相应的，处理器220可以执行上述计算机程序，以及可以执行程序/实用工具214。

总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备200也可以与一个或多个外部设备240，例如键盘、指向设备、蓝牙设备等通信，还可与一个或者多个能够与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口250进行。并且，电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。