一种提高血管三维显示效果的图像处理方法及系统

1.本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种提高血管三维显示效果的图像处理方法及系统。


背景技术：

2.在医学成像中，比如ct和mri，为了从2d断层图像中获得血管的3d影像，整体观察血管分支走向，血管狭窄程度以及血管对称性等特性，进而用于诊断血管狭窄，脑动脉瘤和血管畸形等疾病。获得血管图像的扫描方法有很多，比如tof mra,pca,cta等。基于血管信号在各层图像中的整体表现为最亮信号(或暗信号)的特点，图像后处理技术中常常采用mip进行血管的3d显示。但是受到采集的多层2d图像质量和mip算法的影响，mip后的3d图像中会出现血管不连续，血管信号不均匀和背景信号强血管显示不清楚等问题。通过对采集获得的2d图像以及多层2d图像构成的3d体数据的进行必要的后处理，来提高血管的整体显示效果。
3.最大强度投影(maximum intensity projection：mip)是一种最常见的3d图像显示方法。沿着某个方向进行光线投射，当光线束通过一段组织的多个层面的2d原始图像时，图像中密度最大的像素被保留，并被投影到一个二维平面上，从而形成mip重建图像。比如从slice方向从后到前射出一条光线并投影到一个二维平面，光线所经过的像素值的最大值即为该二维平面上的图像的像素值。图1即为slice方向上的投影重建图像。可以想象，如果从各个方向分别对多层血管的切片影像进行投影重建，将得到各个方向上的血管造影图像。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法及系统。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，所述图像处理方法包括：
6.基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；
7.根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；
8.采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。
9.可选的，所述基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理具体包括：将所述原始图像体数据插值为层方向，行方向以及列方向三个方向分辨率相同的数据。
10.可选的，所述基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处
理具体包括：
11.分别计算所述原始图像体数据行、列和层三个方向的分辨率；
12.根据所述原始图像体数据三个方向的实际分辨率判断是否进行插值，如果进行插值，选择适当的插值方向和插值算法，对所述原始图像体数据进行预处理。
13.可选的，所述插值算法包括：线性插值和三次样条插值。
14.可选的，所述根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点具体包括：
15.循环所述预处理图像中的每个点，对待识别的点沿三个主轴方向逐一判断点是否为异常噪声点；
16.判断是否为异常点，如果对应点的像素值比周围x,y,z三个方向的相邻六个点的值都大，对应点为异常点，将所述异常点滤除；
17.对每个体素，计算与周围26个点形成的向量，形成血管走向方向；
18.在血管走向的13个方向上都分别用两个最近邻域的点进行平均，得到13个候选值；
19.用13个候选值中的最大值作为待滤除点的值，完成滤波。
20.可选的，所述在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像具体包括：
21.对候选的血管走向方向进行判断，决定哪个方向是最可能的血管走向方向；
22.遍历13个血管走向方向，计算每个方向的绝对值err；
23.比较13个方向上的所述绝对值err值，选择所述绝对值err最小的方向为最可能的血管方向，并用对应方向上的平均值mv值替代对应点的值，完成平滑的作用。
24.可选的，所述遍历13个血管走向方向，计算每个方向的绝对值err具体包括：
25.计算对应点与在某个血管走向方向的两个邻域点的平均值mv；
26.计算对应点与平均值的差值绝对值，为第一差值绝对值err1；
27.计算两个邻域点的差值绝对值，为第二差值绝对值err2；
28.计算所述第一差值绝对值err1和所述第二差值绝对值err2的和绝对值err。
29.可选的，所述采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制具体包括：
30.非线性变换的公式采用伽马变换，公式为s＝i
γ
，γ》1；
31.其中，s为变换后的图像，γ为控制变换效果的变量，用于压缩背景暗信号，且γ越大效果越明显；
32.使用改进后的伽马变换，公式为s＝(1-αi+exp(-i)))
γ
，其中，s为变换后图像，i为原始图像，α和γ为控制变量，α选择小于1的值；γ大于1。
33.本发明还提供了一种提高血管三维显示效果的图像处理系统，应用上述所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，所述处理系统包括：
34.插值模块，用于基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；
35.滤波平滑模块，用于根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；
36.背景抑制模块，用于采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。
37.本发明提供的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法及系统，所述图像处理方法包括：基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。提高血管信号的显示效果。
38.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
40.图1为本发明实施例提供的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法的流程图；
41.图2为本发明实施例提供的一种提高血管三维显示效果的图像处理系统的组成框图；
42.图3为本发明实施例提供的插值时的点与邻域点，圆形实点为采集的点，圆形空点位邻域待插值的点，三角形为当前待插值的点的示意图；
43.图4为本发明实施例提供的点与周围点形成的血管可能走向连接示意图。
具体实施方式
44.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
45.本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
46.下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
47.如图1所示，一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，所述图像处理方法包括：
48.基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；提高3d图像的显示效果；
49.根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；提高血管连续性和血管边缘锐化度；
50.采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，提高血管信号的均匀性，对背景进行抑制，提高血管信号的显示效果。
51.如图2所示，一种提高血管三维显示效果的图像处理系统，包括：插值模块，用于基
于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；
52.滤波平滑模块，用于根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；
53.背景抑制模块，用于采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。
54.为了保证体数据的各向同性，需要对原始数据进行预处理，把原始数据插值为层方向，行方向以及列方向三个方向分辨率相同的数据。
55.具体实现步骤包括：需要分别计算体数据行，列和层三个方向的分辨率大小；
56.根据图像数据三个方向的实际分辨率大小判断是否进行插值，并选择适当的插值方向和插值算法(包括线性插值，三次样条插值)；比如z方向的插值过程如下：
57.将原始数据的z方向大小放大2倍，即层数增加2倍；
58.原有层面的数据保持为原来的数据，而新增层面的数据设置为0；
59.z方向插值：对于每个待插值点，使用改进的catmull-rom样条插值算法或三次样条插值算法进行插值计算待插值点像素值，改进的catmull-rom样条的公式为：
60.p＝((p1+p2)*9-(p0+p3)+8)/16
61.其中，p0、p1、p2、p3分别代表待插值点p在z方向相邻的四个已知点像素值.邻域点的分布情况，如图3所示。
62.更新三个方向的分辨率。
63.滤波平滑模块，用于消除原始图像上的异常噪声点，平滑血管。
64.识别异常亮点，并消除。为了减少噪声点(即非血管信号)对后续3d重建的干扰，需要识别出这些噪声点，并将它们去除掉。具体方法是：循环体数据中的每个点，对待识别的点沿三个主轴方向逐一判断点是否为异常噪声点。具体方法是1)判断是否为异常点，如果改点的像素值比周围x,y,z三个方向的相邻六个点的值都大，则认为该点为异常点，需要将它滤除；2)对每个体素，计算它与周围26个点形成的向量，形成血管走向方向，如图4所示。然后在血管走向的13个方向上都分别用两个最近邻域的点进行平均，得到13个候选值。最后用这13个候选值中的最大值作为该待滤除点的值，完成滤波。
65.对血管走向上的像素进行平滑，提高血管连续性；具体方法是对候选的血管走向方向进行判断，决定哪个方向是最可能的血管走向方向。判断方法：遍历13个血管走向方向1)计算该点与其在某个血管走向方向的两个邻域点的平均值mv；2)计算该点与平均值的差值绝对值err1；3)计算两个邻域点的差值绝对值err2；4)计算err1和err2的和err；
66.比较13个方向上的err值，选择err最小的方向为最可能的血管方向，并用该方向上的mv值替代该点的值，完成平滑的作用。
67.背景抑制模块：应用非线性变化方法，增强血管显示，抑制背景。通过该模块实现减小血管体数据中的背景信号的和增强血管亮信号，
68.非线性变换的公式采用伽马变换，公式为s＝i
γ
，(γ》1)其中s为变换后的图像，γ为控制变换效果的变量，本发明中大于1,如1.2，用于压缩背景暗信号，提高血管亮信号，且γ越大效果越明显；也使用改进后的伽马变换，公式为s＝(1-αi+exp(-i)))
γ
，其中s为变换后图像，i为原始图像，α和γ为控制变量，α选择小于1的值，比如0.3；γ大于1，如1.2。对mip后的图像使用背景抑制模块。
69.有益效果：提高血管信号的显示效果。
70.以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述图像处理方法包括：基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。2.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理具体包括：将所述原始图像体数据插值为层方向，行方向以及列方向三个方向分辨率相同的数据。3.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理具体包括：分别计算所述原始图像体数据行、列和层三个方向的分辨率；根据所述原始图像体数据三个方向的实际分辨率判断是否进行插值，如果进行插值，选择适当的插值方向和插值算法，对所述原始图像体数据进行预处理。4.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述插值算法包括：线性插值和三次样条插值。5.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点具体包括：循环所述预处理图像中的每个点，对待识别的点沿三个主轴方向逐一判断点是否为异常噪声点；判断是否为异常点，如果对应点的像素值比周围x,y,z三个方向的相邻六个点的值都大，对应点为异常点，将所述异常点滤除；对每个体素，计算与周围26个点形成的向量，形成血管走向方向；在血管走向的13个方向上都分别用两个最近邻域的点进行平均，得到13个候选值；用13个候选值中的最大值作为待滤除点的值，完成滤波。6.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像具体包括：对候选的血管走向方向进行判断，决定哪个方向是最可能的血管走向方向；遍历13个血管走向方向，计算每个方向的绝对值err；比较13个方向上的所述绝对值err值，选择所述绝对值err最小的方向为最可能的血管方向，并用对应方向上的平均值mv值替代对应点的值，完成平滑的作用。7.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述遍历13个血管走向方向，计算每个方向的绝对值err具体包括：计算对应点与在某个血管走向方向的两个邻域点的平均值mv；计算对应点与平均值的差值绝对值，为第一差值绝对值err1；计算两个邻域点的差值绝对值，为第二差值绝对值err2；计算所述第一差值绝对值err1和所述第二差值绝对值err2的和绝对值err。8.根据权利要求1所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制具体
包括：非线性变换的公式采用伽马变换，公式为s＝i
γ
，γ>1；其中，s为变换后的图像，γ为控制变换效果的变量，用于压缩背景暗信号，且γ越大效果越明显；使用改进后的伽马变换，公式为s＝(1-αi+exp-i))
γ
，其中，s为变换后图像，i为原始图像，α和γ为控制变量，α选择小于1的值；γ大于1。9.一种提高血管三维显示效果的图像处理系统，应用上述权利要求1-8所述的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法，其特征在于，所述处理系统包括：插值模块，用于基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；滤波平滑模块，用于根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；背景抑制模块，用于采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。

技术总结
本发明提供的一种提高血管三维显示效果的图像处理方法及系统，所述图像处理方法包括：基于投影前的原始图像体数据，设计插值算法，对原始数据进行预处理，获得预处理图像；根据所述预处理图像确定血管走向，消除孤立点，在所述血管走向上进行图像平滑处理，获得平滑图像；采用非线性变化方法处理所述平滑图像进行血管非线性增强显示，对背景进行抑制。提高血管信号的显示效果。血管信号的显示效果。血管信号的显示效果。


技术研发人员：郭红宇 王颖
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/28