一種dicom影像血流分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)，包括：DICOM文件讀取播放模塊用于打開單個或多個DICOM文件，達到顯示連續(xù)多幀的圖像；形態(tài)學變換模塊用于對DICOM文件的預處理；血管區(qū)域提取模塊用于基于DBSCAN聚類算法提取血管造影主體部分，通過多尺度Gabor濾波提取血管造影的精細邊緣部分；血管中軸線提取模塊用于在提取的血管區(qū)域的基礎上融合上下文信息進行血管增強，并提取局部極值點作為血管中軸并去除部分偽中軸，進行中軸跟蹤形態(tài)學方法找出連通成分以此完成中軸提??；計算模塊用于分析每一幀的造影液擴展面積，計算出造影液的平均擴散速度和瞬時擴散速度。本發(fā)明能夠?qū)崟r分析出血管內(nèi)部造影劑擴展速度。
【專利說明】
一種DI COM影像血流分析系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療影像信息學技術領域，特別是涉及一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著醫(yī)學影像信息學的快速發(fā)展，由于醫(yī)療設備生產(chǎn)廠商的不同，造成與各種設備有關的醫(yī)學圖像存儲格式和傳輸方式千差萬別，使得醫(yī)學影像及其相關信息在不同系統(tǒng)、不同應用之間的交換受到嚴重阻礙。為此，以規(guī)范醫(yī)學影像及其相關信息的交換，制定了 DICOM標準，專門用于醫(yī)學圖像的存儲和傳輸。目前在醫(yī)學圖像研究領域，不僅涉及處理和研究符合DICOM標準的靜態(tài)醫(yī)學圖像，而且也開始廣泛關注DICOM標準圖像的動態(tài)研究，主要集中在血管識別等研究方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)，能夠?qū)崟r分析出血管內(nèi)部造影劑擴展速度。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)，包括:DICOM文件讀取播放模塊，用于打開單個或多個DI⑶M文件，達到顯示連續(xù)多幀的圖像;形態(tài)學變換模塊，用于通過對比增強、高斯濾波和/或邊緣識別的方式來實現(xiàn)對DICOM文件的預處理;血管區(qū)域提取模塊，用于基于DBSCAN聚類算法提取血管造影主體部分，通過多尺度Gabor濾波提取血管造影的精細邊緣部分;血管中軸線提取模塊，用于在提取的血管區(qū)域的基礎上融合上下文信息進行血管增強，并提取局部極值點作為血管中軸并去除部分偽中軸，進行中軸跟蹤形態(tài)學方法找出連通成分以此完成中軸提取;計算模塊，用于分析每一幀的造影液擴展面積，計算出造影液的平均擴散速度和瞬時擴散速度。
[0005]所述DICOM文件讀取播放模塊包括文件識別子模塊，文件頭解析子模塊，數(shù)據(jù)集解析子模塊、圖像數(shù)據(jù)解析子模塊和文件播放子模塊，所述文件識別子模塊用于獲取DICOM文件;所述文件頭解析子模塊用于指明所封裝的數(shù)據(jù)集及圖像像素集中數(shù)據(jù)元素的結構;所述數(shù)據(jù)集解析子模塊用于根據(jù)文件頭數(shù)據(jù)得到DICOM文件的重要參數(shù);所述圖像數(shù)據(jù)解析子模塊用于根據(jù)圖像像素數(shù)據(jù)的起始位置，將文件指針定位在DICOM文件中圖像像素數(shù)據(jù)的起始處，并映射到內(nèi)存中，至此完成對DICOM動態(tài)文件的解析;所述文件播放子模塊用于將動態(tài)圖像的每一幀轉換成位圖數(shù)據(jù)，并明確單幀圖像的顯示及精確定時完成播放。
[0006]所述血管區(qū)域提取模塊以預處理后的圖像中若干灰度最深的點作為起始點，根據(jù)灰度較深的點密度作為聚類范圍連通及擴展的依據(jù)，逐步擴展連通區(qū)域的范圍，并且使用自適應閾值對其進行分割，從而實現(xiàn)較大血管主體部分的識別;采用高斯模板函數(shù)對分析范圍內(nèi)的每一個像素點進行卷積操作，分別需進行橫、豎、斜三個方向的Gabor濾波，并在此基礎上計算Hessian矩陣的特征值，并通過計算每個點的色差傾角來重構邊緣影像，識別出血管造影的精確邊緣和尺寸較小的血管。
[0007]所述血管中軸線提取模塊使用上下文信息的相互影響來增強血管結構，并各向異性擴散模糊噪聲;使用多尺度多方向的Gabor濾波器提取極值點，采用非極大值抑制算法來提取局部極值點，得到每一個像素的方向之后，在與血管走向垂直的方向上尋找局部極大值;使用閾值分割將圖像的灰度級分為若干部分，認為屬于同一個部分的像素是同一個物體的方法來提取真實的血管中軸，并結合多方向Gabor濾波后提供的方向信息連接中軸上斷點的，用形態(tài)學方法找出連通成分，以此作為最終的中軸。
[0008]有益效果
[0009]由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:本發(fā)明通過DICOM格式圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)DICOM格式醫(yī)學圖像的靜態(tài)讀取與顯示和動態(tài)播放，在臨床中的應用具有重要意義。支持對DICOM文件進行圖像形態(tài)學變換，并在此基礎上實現(xiàn)造影血管區(qū)域和血管中軸線的提取，進而分析血管內(nèi)造影液自動擴展速度，為病理診斷和治療效果評價提供直觀、全面、準確的圖像信息。
【附圖說明】
[0010]圖1是加載原始影像后的界面圖；
[0011]圖2是對原始影像進行SObel以提取邊緣的界面圖；
[0012]圖3是對原始影像進行高斯濾波后，再進行Gabor濾波的界面圖。
[0013]圖4是對原始影像進行Gabor濾波結合DBSCAN聚類識別血管的界面圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0015]本發(fā)明的實施方式涉及一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)，包括:DIC0M文件讀取播放模塊，用于打開單個或多個DICOM文件，達到顯示連續(xù)多幀的圖像;形態(tài)學變換模塊，用于通過對比增強、高斯濾波和/或邊緣識別的方式來實現(xiàn)對DICOM文件的預處理;血管區(qū)域提取模塊，用于基于DBSCAN聚類算法提取血管造影主體部分，通過多尺度Gabor濾波提取血管造影的精細邊緣部分;血管中軸線提取模塊，用于在提取的血管區(qū)域的基礎上融合上下文信息進行血管增強，并提取局部極值點作為血管中軸并去除部分偽中軸，進行中軸跟蹤形態(tài)學方法找出連通成分以此完成中軸提取;計算模塊，用于分析每一幀的造影液擴展面積，計算出造影液的平均擴散速度和瞬時擴散速度。
[0016]DICOM文件讀取播放模塊利用開源免費的ezDicom工具包，ezDicom工具包幾乎實現(xiàn)了 DICOM標準中所有的功能，可以使用其完整的源代碼部署在開發(fā)平臺進行編譯。首先需要把ezDicom工具包構建在用戶的操作系統(tǒng)下運行;然后在delphi開發(fā)環(huán)境下建立工程，SP可完成相應配置。
[0017]本工具的界面主要分為菜單區(qū)、控制按鈕區(qū)和主顯示區(qū)。其中菜單區(qū)包括各種實現(xiàn)操作命令的菜單，控制按鈕區(qū)是一排用于控制顯示的按鈕，主顯示區(qū)則對于單幅或連續(xù)多幀的圖像文件，支持選擇逐幀播放和循環(huán)顯示的模式。圖1是加載原始影像后的界面圖。
[0018]DICOM動態(tài)文件的播放其實是按一定的時間間隔依次在屏幕上顯示動態(tài)圖像中的每一幀的過程。首先需要對動態(tài)文件進行解析來獲得DICOM文件的基本彳目息，如:患者彳目息、影像設備信息和圖像像素數(shù)據(jù)等。通過文件識別模塊，文件頭解析模塊，數(shù)據(jù)集解析模塊和圖像數(shù)據(jù)解析模塊四個模塊來完成DICOM文件的解析，每一模塊分別對應獲得不同的DICOM動態(tài)文件部分。其中文件識別模塊獲得DICOM文件后，運用文件頭解析模塊指明所封裝的數(shù)據(jù)集及圖像像素集中數(shù)據(jù)元素的結構;接著數(shù)據(jù)集解析模塊根據(jù)文件頭數(shù)據(jù)得到DICOM文件的一些重要參數(shù);最后圖像數(shù)據(jù)解析模塊根據(jù)圖像像素數(shù)據(jù)的起始位置，從而文件指針定位在DICOM文件中圖像像素數(shù)據(jù)的起始處，并映射到內(nèi)存中，至此完成對DICOM動態(tài)文件的解析。在解析DICOM文件的基礎上，為了正確播放，還必須獲得無失真的顯示醫(yī)學圖像和保持采集圖像信息的頻率與播放頻率一致。保持采集圖像信息的頻率與播放頻率一致，需要把動態(tài)圖像的每一幀轉換成位圖數(shù)據(jù)，明確單幀圖像的顯示及精確定時后，就可以實現(xiàn)播放速度與畫面上的采樣時間一致，做到了正確播放。
[0019]對形態(tài)學變換模塊主要支持完成對比增強、高斯濾波等功能。對一些DICOM圖像，由于在獲取和傳輸過程中還會受到各種噪聲的干擾，清晰度不佳，可采用高斯濾波進行噪聲消除，高斯濾波是一種線性平滑濾波算法，廣泛應用于圖像處理的減噪過程，它通過高斯函數(shù)模板確定的鄰域內(nèi)像素的加權平均灰度值去替代模板中心像素點的值，從而達到消除噪聲，使圖像平滑的目的。另一些圖像，前景與背景灰度差較小，可采用基于形態(tài)學的圖像處理技術對圖像局部進行對比增強處理。對比增強是根據(jù)圖像灰度范圍與顯示設備灰度全量范圍的比值進行同比例放大，從而達到拉伸灰度范圍，自動增加整個圖像的對比度，使圖像具有較大的反差，達到保留細節(jié)特征的目的。圖2是對原始影像進行sobel以提取邊緣的界面圖。
[0020]DICOM圖像有時還需要提取不同區(qū)域的特征，對連通區(qū)域識別再進行標記是基礎。連通域識別并標記是一種使用形態(tài)學膨脹法提取二值圖像中的方法，將圖像中符合某種連通規(guī)則(4鄰域連通和8鄰域連通)的像素用相同的標號表示出來。
[0021]首先對圖像進行二值化處理，在這個基礎上標注圖像的連通分量，利用標注圖像對連通區(qū)進行操作，掃描標注圖像，對像素值為該區(qū)編號的像素進行一次進行計數(shù)，并找出最大的連通分量。此外，要計算某一連通分量的質(zhì)心只需掃描一遍標注圖像，找出所有像素值為該區(qū)域編號的像素的橫縱坐標，然后計算其平均值即可計算最大連通分量的中心。圖3是對原始影像進行高斯濾波后，再進行Gabor濾波的界面圖。
[0022]基于DBSCAN聚類和多尺度Gabor濾波的血管造影區(qū)域的提取模塊，基于DBSCAN聚類算法提取較大血管的主體部分，先對圖像進行高斯濾波等預處理，然后以若干灰度最深的點(應在血管內(nèi)部)作為起始點，根據(jù)灰度較深的點密度作為聚類范圍連通及擴展的依據(jù)，逐步擴展連通區(qū)域的范圍，并且使用自適應閾值對其進行分割，從而實現(xiàn)較大血管主體部分的識別。但這種方法雖然對尺寸較大的血管有較好的提取效果，但是對于那些與背景灰度相近的尺寸較小血管的增強效果則不明顯。之后，還要使用Gabor濾波探查血管的精細邊緣和細小的血管，采用高斯模板函數(shù)對分析范圍內(nèi)的每一個像素點進行卷積操作，分別需進行橫、豎、斜三個方向的Gabor濾波，并在此基礎上計算Hessian矩陣的特征值，并通過計算每個點的色差傾角來重構邊緣影像，可以識別出血管的精確邊緣和尺寸較小的血管。至此，對兩種方法分割的結果進行血管區(qū)域的疊加，將DBSCAN聚類的結果與Gabor濾波的結果相結合。將Gabor濾波法得到的精細邊緣和小血管附加在使用DBSCAN聚類得到的大血管主體上，得到最終的識別圖像。圖4是對原始影像進行Gabor濾波結合DBSCAN聚類識別血管的界面圖。
[0023]血管中軸線提取模塊，首先對DICOM圖像進行預處理如反銳化濾波在原始圖像的基礎上加上一定比例的圖像高頻成分，達到邊緣和細節(jié)對比度增強的效果，并抑制一致性背景成分，進一步突出血管結構。為了使原始圖像的質(zhì)量更好，接著使用上下文信息的相互影響來增強血管結構，并各向異性擴散模糊噪聲。然后使用多尺度多方向的Gabor濾波器提取極值點，采用非極大值抑制算法來提取局部極值點，即用血管的走向來指導中軸線的提取，得到每一個像素的方向之后，在與血管走向垂直的方向上尋找局部極大值。緊接著使用閾值分割即用一個或幾個閾值將圖像的灰度級分為若干部分，認為屬于同一個部分的像素是同一個物體的方法來提取真實的血管中軸。最后中軸跟蹤的過程，結合多方向Gabor濾波后提供的方向信息連接中軸上斷點的，之后用形態(tài)學方法找出連通成分，以此作為最終的中軸。
[0024]血管內(nèi)造影液擴展速度計算模塊，展示動態(tài)圖像的DICOM文件由一系列固定時間間隔的靜態(tài)影像構成，對于每一幅靜態(tài)影像都進行上述血管造影區(qū)域分析，就可以計算每一幅影像的血管中造影液擴展面積，可以計算出造影液的平均擴散速度和瞬時擴散速度。用血管中造影液擴展面積來代表血流的速度，就可以通過分析影像的手段，自動探查血管內(nèi)的血流速度。
[0025]本發(fā)明通過DICOM格式圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)DICOM格式醫(yī)學圖像的靜態(tài)讀取與顯示和動態(tài)播放，在臨床中的應用具有重要意義。支持對DICOM文件進行圖像形態(tài)學變換，并在此基礎上實現(xiàn)造影血管區(qū)域和血管中軸線的提取，進而分析血管內(nèi)造影液自動擴展速度，為病理診斷和治療效果評價提供直觀、全面、準確的圖像信息。
【主權項】
1.一種DICOM影像血流分析系統(tǒng)，其特征在于，包括:DICOM文件讀取播放模塊，用于打開單個或多個DICOM文件，達到顯示連續(xù)多幀的圖像;形態(tài)學變換模塊，用于通過對比增強、高斯濾波和/或邊緣識別的方式來實現(xiàn)對DICOM文件的預處理;血管區(qū)域提取模塊，用于基于DBSCAN聚類算法提取血管造影主體部分，通過多尺度Gabor濾波提取血管造影的精細邊緣部分;血管中軸線提取模塊，用于在提取的血管區(qū)域的基礎上融合上下文信息進行血管增強，并提取局部極值點作為血管中軸并去除部分偽中軸，進行中軸跟蹤形態(tài)學方法找出連通成分以此完成中軸提取;計算模塊，用于分析每一幀的造影液擴展面積，計算出造影液的平均擴散速度和瞬時擴散速度。2.根據(jù)權利要求1所述的DICOM影像血流分析系統(tǒng)，其特征在于，所述DICOM文件讀取播放模塊包括文件識別子模塊，文件頭解析子模塊，數(shù)據(jù)集解析子模塊、圖像數(shù)據(jù)解析子模塊和文件播放子模塊，所述文件識別子模塊用于獲取DICOM文件;所述文件頭解析子模塊用于指明所封裝的數(shù)據(jù)集及圖像像素集中數(shù)據(jù)元素的結構;所述數(shù)據(jù)集解析子模塊用于根據(jù)文件頭數(shù)據(jù)得到DICOM文件的重要參數(shù);所述圖像數(shù)據(jù)解析子模塊用于根據(jù)圖像像素數(shù)據(jù)的起始位置，將文件指針定位在DICOM文件中圖像像素數(shù)據(jù)的起始處，并映射到內(nèi)存中，至此完成對DICOM動態(tài)文件的解析;所述文件播放子模塊用于將動態(tài)圖像的每一幀轉換成位圖數(shù)據(jù)，并明確單幀圖像的顯示及精確定時完成播放。3.根據(jù)權利要求1所述的DICOM影像血流分析系統(tǒng)，其特征在于，所述血管區(qū)域提取模塊以預處理后的圖像中若干灰度最深的點作為起始點，根據(jù)灰度較深的點密度作為聚類范圍連通及擴展的依據(jù)，逐步擴展連通區(qū)域的范圍，并且使用自適應閾值對其進行分割，從而實現(xiàn)較大血管主體部分的識別;采用高斯模板函數(shù)對分析范圍內(nèi)的每一個像素點進行卷積操作，分別需進行橫、豎、斜三個方向的Gabor濾波，并在此基礎上計算Hessian矩陣的特征值，并通過計算每個點的色差傾角來重構邊緣影像，識別出血管造影的精確邊緣和尺寸較小的血管。4.根據(jù)權利要求1所述的DICOM影像血流分析系統(tǒng)，其特征在于，所述血管中軸線提取模塊使用上下文信息的相互影響來增強血管結構，并各向異性擴散模糊噪聲;使用多尺度多方向的Gabor濾波器提取極值點，采用非極大值抑制算法來提取局部極值點，得到每一個像素的方向之后，在與血管走向垂直的方向上尋找局部極大值;使用閾值分割將圖像的灰度級分為若干部分，認為屬于同一個部分的像素是同一個物體的方法來提取真實的血管中軸，并結合多方向Gabor濾波后提供的方向信息連接中軸上斷點的，用形態(tài)學方法找出連通成分，以此作為最終的中軸。
【文檔編號】A61B5/00GK105825516SQ201610176939
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】徐葉, 劉欣雨
【申請人】上?；圻_醫(yī)療器械有限公司