技术领域
[0001] 本
发明属于医学成像(医学影像技术-超声医学影像)领域，特别涉及一种包括超声心动图在内的，将多种冠状动脉图像进行联合显示的方法。
背景技术
[0002] 经胸超声心动图(Transthoracic echocardiography，TTE)具有无创伤性、操作简便、价格低廉、且能提供大量解剖和血流动
力学信息等优点，在诊断冠心病和评估其
预后中发挥了重要的作用。1976年，Weyman等首先应用二维超声心动图显示右和左冠状动脉主干，并结合冠状动脉解剖描述了左、右冠状动脉起始段的二维超声图像特征。随着TTE技术的不断发展，TTE已经成为诊断冠心病和评估冠心病
治疗预后的重要手段。但现有的临床研究显示，TTE在诊断冠心病的临床诊断和教学方面具有明显不足，已成为目前TTE临床应用中的难题，主要表现在：(1)由于TTE与冠状动脉造影及CTA不同，只能从冠心病患者节段性室壁运动异常来判断是否存在心肌缺血，而不能直接识别出发生病变的冠状动脉，受检查者主观意识影响较大，而且国内外各项研究对TTE相应切面心肌节段对应的支配冠状动脉只止于一、二级分支；(2)TTE本身的技术特点决定了TTE在诊断冠心病时需要多切面、多
角度扫查，但是多方位扫查引起的多切面往往使临床超声医师难以辨别其不断变换的解剖结构。任意切面上所对应的心脏内部解剖结构、室壁节段及其所对应冠状动脉的识别一直是临床医师和医学生学习中的难点。因此，目前临床上迫切需要一种技术或方法来解决上述TTE在冠状动脉显像中出现的难题。
[0003]
可视化人体计划(Visible Human Project，VHP)是于1989年由美国国家医学图书馆提出并确立的。1994年，美国科罗拉多大学成功完成第一例VHP资料并向全世界公布，VHP数据集具有富含解剖信息的特点和优点，弥补了影像学二维图像分辨力低的缺点。在它的
基础上能够虚拟出具有真实解剖信息的人体器官和组织。我国的医学虚拟可视化研究已经起步，于2002年开始先后完成5例中国可视化人体(Chinese Visible Human，CVH)数据集。每套数据集均具有连续、完整、图像清晰、无节段性数据缺损等优势，其准确性、代表性及完整性在以往研究的基础上向前迈进了一步。在该套数据集的基础上建立和开发具有黄种人特点的各种
虚拟现实医学系统对我国医学的教学具有非常重大的价值。
[0004] 同时随着影像医学的发展，特别是2005年双源CT(Dual Source CT，DSCT)的问世，使冠状动脉血管的显示更为清晰，为临床冠心病的诊断提供了有效的、无创伤性的检测手段。DSCT通过两套
X射线球管系统和两套探测器系统同时采集人体图像，两套X射线球管既可发射同样
电压的射线也可以发射不同电压的射线，从而实现数据的整合或分离，有利于心脏内部细小结构的显示。因此，DSCT数据能够显示大多数冠状动脉及其细小分支，并可准确判断管腔狭窄的程度，国内外研究表明，DSCT与冠状动脉造(Coronary Arteriography，CAG)对于冠状动脉病变的诊断有着较好的一致性，而基于此所采集的心脏CT数据集具有较强的个体代表性、二维断面图像清晰、血管(尤其是冠状动脉及其分支)显示细微精准、对位精确等优点。但同时由于CT图像自身
分辨率与图像
质量、
造影剂遮盖等限制，心脏内部结构如心脏各腔室、瓣膜、肉柱、
腱索、心肌等心内解剖结构的显示不如CVH数据集清晰。因此，将CVH数据集与双源CT数据集有效结合，相互补充显示，既能显示心脏内部精细解剖学结构，又能将双源CT数据血管显示的优势补入CVH，弥补CVH因其尸体血管塌陷、灌注充盈不理想的缺点。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种是克服现有TTE教学培训中存在的困难，对TTE图像的抽象理解受主观意识影响较大，不便于理解和掌握的技术
缺陷；提供一种能够让医学生直观了解和掌握TTE及其相应心肌节段所对应的冠状动脉二、三级分支的方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0007] 1、一种关于冠状动脉的多模图像的联合显示方法，其所基于的
硬件及数据资源包括
[0008] CVH数据集，选取中国首套女性标本心脏部分断面共286个层面，层厚0.5mm，图像分辨率为3072×2048
像素；
[0009] DSCT数据集，选取无心脏疾患，年龄25～48岁、中等身高体重的受试者的心脏冠脉造影CT图像，每个心脏断面成像共266个层面，层厚0.5mm，图像分辨率为512×512像素；
[0010] 现有TTE图像数据集与临床TTE图像导入模
块，所述TTE图像是根据TTE扫查常规切面所扫查出的TTE切面图像，现有TTE图像数据集内的TTE切面图像根据TTE扫查常规切面类型进行分类，且每一类别下只有一副TTE切面图像；
[0011]
图像处理主机，配置有显示屏、虚拟
探头；
[0012] 现有虚拟心脏三维模型，按照TTE常规扫查切面的
位置在现有虚拟心脏三维模型上设定相应的虚拟探头可识别的位点；
[0013] 其中临床TTE图像导入模块与图像处理主机输入端相连，现有虚拟心脏三维模型存储于所述图像处理主机内；
[0014] 其特征在于，该方法包括如下步骤：
[0015] 一、将CVH数据集、DSCT数据集分别进行如下a、b、c操作，其中操作a同操作b的次序可以对调或同步进行，两操作完成之后再进行c操作：
[0016] a.基于面绘制
三维重建建立冠状动脉三维可视化模型
[0017] 1)
图像分割定义为冠状动脉及其分支分别设置与之一一对应的黑白灰阶
颜色，运用Photoshop
软件对心脏断面图像中冠状动脉及其分支进行轮廓提取，并在相应轮廓内填充所述的黑白灰阶颜色；在同一心脏断面图像中，将带有相同黑白灰阶颜色的图像区域存储为一个图层；
[0018] 然后将处理完成的心脏断面图像转换为灰度图像，将生成的灰度图像导入Amira软件中并进行网格化，通过Amira软件中Image Read Parameters菜单，对每张图像进行
体素大小的设置，并对所有图片的各个图层进行灰度值提取，并针对所提取的灰度值定义与之一一对应的标签即Labelfield，该标签用于表征与冠状动脉及其分支相同轮廓及尺寸的网格，即完成冠状动脉及其分支的分割定义；
[0019] 2)面绘制的三维重建再使用Amira软件中的SurfaceGen-Triangulate命令，对数据集中进行分割定义后的冠状动脉及其分支进行面绘制三维重建，运用Amira软件中的surface view模块，显示建立完成的冠状动脉及其分支的三维可视化模型；
[0020] b.基于体绘制三维重建建立TTE对照二维图像集
[0021] 1)体绘制的三维重建将数据集中的心脏断面图像导入Amira软件，设置与步骤a相同的体素大小，将心脏断面图像堆叠为图像数据体，形成体素数据，从而形成基于体绘制的冠状动脉的三维重建模型；
[0022] 2)建立TTE对照二维切面图像集在体绘制的冠状动脉三维重建模型中，运用Amira软件的othroslice和obliqueslice模块选取与TTE扫查常规切面空间位置一一对应的切面图像，并根据TTE扫查常规切面类型对选取出来的切面图像进行分类，从而形成与TTE扫查常规切面图像对照用的TTE对照二维切面图像集；
[0023] c.面绘制三维可视化模型与现有TTE切面图像的图像
叠加[0024] 1)应用非刚体配准
算法，将TTE对照二维切面图像集中的某一切面图像依照现有TTE图像数据集中的切面图像进行非刚体配准，其中TTE对照二维切面图像集中的切面图像及其所依照的切面图像应当属于同一TTE扫查常规切面类型；同时保留非刚体配准过程中对应于TTE对照二维切面图像集中的切面图像的形变函数；
[0025] 2)应用保留的形变函数，将位置关系与c操作第1)步中所确定的TTE对照二维切面图像集中的切面图像相对应的面绘制三维可视化模型的切面图像进行图像形变，并将形变后的切面图像与c操作第1)步中作为依照用的现有TTE图像数据集中的切面图像进行图像叠加；
[0026] 3)更换c操作第1)步待进行非刚体配准的切面图像，重复第1)、2)步，直至完成TTE对照二维切面图像集中所有切面图像的非刚体变化以及相应后续的图像叠加；
[0027] 二、多模图像的同步显示
[0028] 由步骤一得到基于CVH的不同TTE扫查常规切面类型的叠加图像，以及基于DSCT的不同TTE扫查常规切面类型的叠加图像，
[0029] 选择性地应用如下两种方法进行同步显示
[0030] 1)由临床TTE数据导入模块导入的TTE图象中，选择任意切面类型TTE图象，运用计算机相似性算法将导入的TTE图像与现有TTE图像数据集中的切面图像进行比对，自动对导入图像按TTE扫查常规切面类型进行归类，并将步骤一得到的属于同一TTE扫查常规切面类型的CT、DSCT叠加图像进行同步显示或是将导入的TTE图像替换现有TTE图像数据集中属于同一TTE扫查常规切面类型的切面图像，重新生成相应叠加图像，再进行同步显示；
[0031] 2)基于虚拟的心脏三维可视化模型，通过虚拟探头选择扫查切面，并将由步骤一得到基于CVH的属于相应扫查切面类型的叠加图像，以及基于DSCT的相应扫查切面类型的叠加图像，进行同步显示。
[0032] 进一步，所述分支包括包括左室前支、对角支、左房中间支、左缘支、左室后支、后室间支。
[0033] 进一步，所述体素大小为0.167mm*0.167mm*1mm，其中层厚为1mm。
[0034] 进一步，所述TTE扫查常规切面包括左心室长轴切面、右室流入道长轴切面、右室流出道长轴切面、主动脉根部短轴切面、二尖瓣口
水平短轴切面、左室
乳头肌水平短轴切面、心尖水平短轴切面、左胸骨旁四腔心切面、心尖四腔心切面、心尖五腔心切面、心尖三腔心切面、心尖顶部、心尖两腔心切面、剑下四腔心切面、剑下五腔心切面、剑下右室流出道长轴切面、下腔静脉长轴切面、主动脉长轴切面、主动脉短轴切面。
具体实施方式
[0035] 一种关于冠状动脉的多模图像的联合显示方法，其所基于的硬件及数据资源包括[0036] CVH数据集，选取中国首套女性标本心脏部分断面共286个层面，层厚0.5mm，图像分辨率为3072×2048像素；
[0037] DSCT数据集，选取无心脏疾患，年龄25～48岁、中等身高体重的受试者的心脏冠脉造影CT图像，每个心脏断面成像共266个层面，层厚0.5mm，图像分辨率为512×512像素；
[0038] 现有TTE图像数据集与临床TTE图像导入模块，所述TTE图像是根据TTE扫查常规切面所扫查出的TTE切面图像，现有TTE图像数据集内的TTE切面图像根据TTE扫查常规切面类型进行分类，且每一类别下只有一副TTE切面图像；
[0039] 图像处理主机，配置有显示屏、虚拟探头；
[0040] 现有虚拟心脏三维模型，按照TTE常规扫查切面的位置在现有虚拟心脏三维模型上设定相应的虚拟探头可识别的位点；
[0041] 其中临床TTE图像导入模块与图像处理主机输入端相连，现有虚拟心脏三维模型存储于所述图像处理主机内；
[0042] 该方法包括如下步骤：
[0043] 一、将CVH数据集、DSCT数据集分别进行如下a、b、c操作，其中操作a同操作b的次序可以对调或同步进行，两操作完成之后再进行c操作：
[0044] a.基于面绘制三维重建建立冠状动脉三维可视化模型
[0045] 1)图像分割定义为冠状动脉及其分支分别设置与之一一对应的黑白灰阶颜色(为避免转换为灰度图像后，灰度值之间也能存在可数据识别的差异，所以RGB模式下冠状动脉及其分支所对应的黑白灰阶颜色之间至少设有差值为3的灰阶差值，如(5、5、5)，(8、8、8)，(11、11、11))，运用Photoshop软件对心脏断面图像中冠状动脉及其分支(细化到左右冠状动脉二、三级分支：包括左室前支、对角支、左房中间支、左缘支、左室后支、后室间支)进行轮廓提取，并在相应轮廓内填充所述的黑白灰阶颜色；在同一心脏断面图像中，将带有相同黑白灰阶颜色的图像区域存储为一个图层；
[0046] 然后将处理完成的心脏断面图像转换为灰度图像，将生成的灰度图像导入Amira软件中并进行网格化，通过Amira软件中Image Read Parameters菜单，对每张图像进行体素大小的设置(0.167mm*0.167mm*1mm(层厚))，并对所有图片的各个图层进行灰度值提取，并针对所提取的灰度值定义与之一一对应的标签即Labelfield，该标签用于表征与冠状动脉及其分支相同轮廓及尺寸的网格，即完成冠状动脉及其分支的分割定义；
[0047] 2)面绘制的三维重建再使用Amira软件中的SurfaceGen-Triangulate命令，对数据集中进行分割定义后的冠状动脉及其分支进行面绘制三维重建，运用Amira软件中的surface view模块，显示建立完成的冠状动脉及其分支的三维可视化模型；
[0048] b.基于体绘制三维重建建立TTE对照二维图像集
[0049] 1)体绘制的三维重建将数据集中的心脏断面图像导入Amira软件，设置与步骤a相同的体素大小，将心脏断面图像堆叠为图像数据体，形成体素数据，从而形成基于体绘制的冠状动脉的三维重建模型；
[0050] 2)建立TTE对照二维切面图像集在体绘制的冠状动脉三维重建模型中，运用Amira软件的othroslice和obliqueslice模块选取与TTE扫查常规切面(包括左心室长轴切面、右室流入道长轴切面、右室流出道长轴切面、主动脉根部短轴切面、二尖瓣口水平短轴切面、左室乳头肌水平短轴切面、心尖水平短轴切面、左胸骨旁四腔心切面、心尖四腔心切面、心尖五腔心切面、心尖三腔心切面、心尖顶部、心尖两腔心切面、剑下四腔心切面、剑下五腔心切面、剑下右室流出道长轴切面、下腔静脉长轴切面、主动脉长轴切面、主动脉短轴切面)空间位置一一对应的切面图像，并根据TTE扫查常规切面类型对选取出来的切面图像进行分类，从而形成与TTE扫查常规切面图像对照用的TTE对照二维切面图像集(因为面绘制和体绘制图像是在同一套数据(源于同一人的DSCT数据集或是同一人的CVH数据集)内完成，其内部均表示为统一的笛卡尔坐标标量场，因此，体绘制和面绘
制模型可适用同样的空间位置对应方法，从而使冠状动脉模型与模拟TTE常规切面选取的CVH和DSCT切面图像在对同步显示)
[0051] c.面绘制三维可视化模型与现有TTE切面图像的图像叠加
[0052] 1)应用非刚体配准算法，将TTE对照二维切面图像集中的某一切面图像依照现有TTE图像数据集中的切面图像进行非刚体配准，其中TTE对照二维切面图像集中的切面图像及其所依照的切面图像应当属于同一TTE扫查常规切面类型；同时保留非刚体配准过程中对应于TTE对照二维切面图像集中的切面图像的形变函数；
[0053] 2)应用保留的形变函数，将空间位置关系与c操作第1)步中所确定的TTE对照二维切面图像集中的切面图像相对应的面绘制三维可视化模型的切面图像进行图像形变，并将形变后的基于面绘制的切面图像与c操作第1)步所确定的现有TTE图像数据集中的切面图像进行图像叠加；(面绘制的切面图像存在立体感，而体绘制的切面图像不存在所述的立体感，所以最后的叠加，不采用体绘制所建立模型的切面图像。在本发明中，体绘制的意义在于取得相应的形变函数，并通过体绘制与面绘制内在的空间位置对应关系，应用程序自动将空间位置关系与c操作第1)步中所确定的TTE对照二维切面图像集中的切面图像相对应的面绘制三维可视化模型的切面图像自动选取出来)
[0054] 3)更换c操作第1)步待进行非刚体配准的切面图像，重复第1)、2)步，直至完成TTE对照二维切面图像集中所有切面图像的非刚体变化以及相应后续的图像叠加；(因为TTE涉及的解剖信息范围没有CVH\DSCT广，所以配准后图像涵盖的信息量会少，进行非刚体配准会对基于体绘制的CVH、DSCT的图像进行一定量的裁切和大小缩放)[0055] 二、多模图像的同步显示
[0056] 由步骤一得到基于CVH的不同TTE扫查常规切面类型的叠加图像，以及基于DSCT的不同TTE扫查常规切面类型的叠加图像，
[0057] 选择性地应用如下两种方法进行联合显示
[0058] 1)由临床TTE数据导入模块导入的TTE图象中，选择任意切面类型TTE图象，运用计算机相似性算法将导入的TTE图像与现有TTE图像数据集中的切面图像进行比对，自动对导入图像按TTE扫查常规切面类型进行归类，并将步骤一得到的属于同一TTE扫查常
