心血管造影图像边缘特征的提取
心血管造影图像边缘特征的提取 24卷5期
2005年l0月
中国生物医学
ChineseJournalofBiomedicalEngineering Vo1.24No.5
October20o5
心血管造影图像边缘特征的提取
陆建荣郁道银刘有军
-(北京工业大学生命科学与生物医学工程学院,北京100022) (天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072)
(教育部光电信息科学技术重点实验室,天津300072)
(总后卫生部药品仪器检验所,北京100071)
摘要:心血管疾病作为老年人的常见病现在比较多见.根据血管造影图像,即时诊断,积极治疗,能预防病情
的发展,解除患者的痛苦.对血管图像的边缘特征进行提取是求取血管直径,分析血管特征和构造心血管三维图
像的基础.
要提取血管造影图像中的纯血管图,提出利用圆模板灰度最小和微分边缘检测的方法.先利用圆模板灰度最
然后根据路径线的局部斜率确定对边缘进行微分的方向,小准则求取血管的路径,
将血管相邻部分图像灰度进行
微分,按微分最大求取边缘点,最后采用B样条函数对边缘点进行平滑,最终得到血管的边缘线.
关键词:心血管疾病;血管造影图像;边缘特征;特征提取
ExtractionofEdgeFeatureinCardiovascularImage
LUJian—RongYUDao—YinLIUYou—Jun
(CollegeofScierwe&Bioengineering,BeringUniversityofTechnology,Beijing100022)
(CollegeofPrecisionInstrumentandOptoelectronicEng.,TianjinUniversity,Tianjin300072)
(KeyhtbofOptoelectronicInformationScience&Technology.MOE,Tianjin300072) (InstituteforDrugandBiomedicalInstrumentControlofHealthDepartmentGLDofPIA.Beljing100071)
Abstract:Cardiovasculardiseaseshaveahighoccurrenceamongtheagedpeople.Theangiogramimagecanbeused
forearlydiagnosisandtreatment,alleviatingthepainofthepatient.
Inordertoextractcoronarya~eryfromthecoronaryangiograms,weputforwardtheruleofgrayscale
mi'ni'mi'zati'onwithincircletemplateanddifferentialedgedetection.Atfirst,theaaefi~pathisoutlinedwiththerule
ofgrayscaleminimizationwithincircletemplate.Thenchoosethedifferentialdirectionaccordingtotheslopeoflocal
a~efialpath,calculatethedifferentialvalueofgrayscalebetweenitsneighboringpoints,theedgepointsarefixed
accordingtomaximizationofthedifferentialvalue.Finally,theedgelinesaredeterminedaftersmoothingtotheedge
pointsusingB—Splinefunction.
Keywords:cardiovasculardisease;angiogram;edgefeature;featureextraction 中图分类号R318文献标识码A文章编号0258—8021(2005)05—0519—05
引言
在x线影像的引导下,将导管经股动脉穿人心
脏,在冠状动脉入口处注射造影剂,使心脏血管成
像.x光透过人体,得到经人体组织及造影剂衰减
后的x光强度图像,此影像投射到影像增强器输入
屏,形成电子图像,经加速后在输出屏形成可见图
像,经光学系统聚焦,将图像映射到摄像管靶面上, 收稿日期:2003.05.21;修回日期:2004-09.10. 摄像机将此光学图像转换成视频信号,显示在监视 器上,供医生诊断,也可用图象采集卡将视频图像转 换成数据图象.采集的心血管图像如图l所示,它 的局部图及其灰度分布如图2所示.
PeterMJandJohanHC…通过
特定的滤波 器,能从心血管造影图像中检测出直径为0.5mm 6mm的血管,提高了血管的检测分辨率,但是滤波 器的参数较多,设计复杂,计算量大;BuxtonB,
522I1国生物医学工程24卷
血管边缘点是灰度急剧变化的点,也是灰度图 像分割的重要依据.本研究采用微分算子进行检 测,因为该算子能很好地反映灰度的突变性,见图 8,得到的灰度边缘符合人眼的判断习惯.微分检测 具有一定的方向性:如果边缘线与微分方向垂直,边 缘处的微分值最大,如果微分方向与边缘线平行,得 不到边缘点,设计了变方向的微分边缘检测法.具 体的求取
如图9所示.
撂
蠢
图8微分边缘点
下面以在水平方向用微分最大求右侧边缘点为 例说明,实现方法如下,见图l0:
,?0
I
(
,
XO
一1"1:0
蓁:::
,
一…
第,行:...!!!.
v
,,)
,
,f.一,:警l:l0像素点
路径上的点边缘点?边缘点
图10微分边缘检测算法
在第0行中取路径上的点: PC0(0,Y0)
从PC.点向右读取z个像素点: P町("0J,0J),=0,I,2,…,Z
uojXo'Xo1,…'Xol;1)ojYo 求取P..,中相邻两点的差:
?P0』("0J,0J)=P0J(oJ,町)一 Po~j+s)(Uo(j+u),0())(7)
=0,1,2,…,Z一1
求最大值P.(".,.),使得:
P0("0,0)=max{IAp0,("0f,0,)I}(8)
则边缘点阳为:
PE0(U0,0)=P0("0,0)(9)
其中:U0U0,0=0
最后作一次修正:
PE0(U0,0)=PE0(U0+1,0)(10)
然后取路径上的下一个点,重复上述步骤,最后 就能得血管的边缘点,如图11所示.
图ll通过微分得到的边缘点
图12B样条平滑结果
3.3血管边缘点的平滑
以上得到的结果无法
示血管的实际边缘,采 用B样条平滑求取血管的实际边缘.
3.3.1B样条函数
B样条是一类具有有限支撑的平滑函数,本研 究用()表示?阶中心B样条,它经过(?+1)次 单位矩形脉冲的卷积而得到,低阶B样条曲线如图 13所示,其等价的递推定义用下式表示: ()=()*pI1'()
其中:()={.1,,其-他1/2<<2(11) ()是一个中心对称的具有紧支撑的?阶分 片多项式,其支撑区间为[一(?+1)/2,(?+1)/2],
5期陆建荣等:心血管造影图像边缘特征的提取523 止,0种样年I阶样条z阶样瓣3阶#条
图1,低阶B样条曲线
节电为K=一(N+1)t2,一fN—I1/2.….(N+1)/2 共(N十2)个高阶B样条(>=3)H-有和高斯雨 数有非常相似的儿何形状I平滑性质,而且在支撑 区间内满足:
I'():I【12)
.--?
3.3.2B样条的平滑表示
设原始数据为lr(i)li=0,1.2.….?t:.Y(J)为 等距阶B样条平滑公式表示的原始平滑曲线,
v()可用下式表示:
州):\二/(一'+……)
其中::.+l,,,』+2.…一,
一
.n是边缘象数点的个数.m是阶B样条 数据}乏度,_r(i)(0,I,2,….)是原始数据.( 一
)是阶B样条函数.经B样条平滑后的边缘 线如图l2所示.
3.4边缘点的连接处理
通过上述方法得到的曲线往局部有间断点.这 样就不能掏成连续的边缘线.原是在血管路径寻 找时得到的路径线不连续.在这艰将它处理成连续 不问断线具体方法如下:
I)如果有:
.
(.,Y.)?P+l(.I....),{14) 其中(..y1i=012….,t为血管边缘I'的 点..
2)在这种情毗下,点fJ.c..1与P.+.(… .+.)不相连
3)将不相连的情况丹为两种:
a)如果:
.+l—=..I一'.【15)
将新加入的点按..Y:同时加1,直到与点 [.一(.+.,Y)]相邻
b)如果:
…一.?Y…一v(I6)
先计算出两点在,Y方向上差值之比,然后新
增加点的坐标值按差值之比分别进行增加.经上述
处殚后得到r连续的边缘线,蚓I4和图15所示.
图l4连接处理后的边缘线
图15平滑连接后的血管边缘
4结论
本研究提出了一种应用于提取心血管造影图像
边缘特征的方法应用圆模扳灰度最小准则求取
血管路径.根据路径线的局部斜率确定对边缘进行
微分的方向;然后对血管及相邻部分进行微分.按微
分最大求取边缘点;采用B样条对边缘点进行平
滑,再进行连接处理后最终得到血管的边缘线.将
这种方法血用于赛际心缸管图像,获得了满意结果.
参考文献
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中国生物医学工程24卷
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有意参加WC2006-Seoul的会员请于学会网站:www.csbme.org下载团体注册参会报名表,并于2005年11月
30日前将此表用email寄到学会(联系人:翁晓红;地址:dO8@cast.org.cn;电话:010.65136537),收到后会有
确认.待学会与国际组织取得联系后,再进一步通知.