動態(tài)DSA軟件系統(tǒng)研制.pdf

1、本文旨在研制基于平板探測器的動態(tài)DSA(數(shù)字減影血管造影術(shù))軟件系統(tǒng),及X線人體自動融合拼接組件。DSA是顯示血管的標準技術(shù),在血管病的診斷及介入治療中具有重要意義；X線人體自動拼接主要應用于骨科矯形診療,對于提高骨科醫(yī)生的工作效率有重要作用。本文對其中核心技術(shù)進行深入研究,并針對性地提出解決方案,最后開發(fā)出商業(yè)化的產(chǎn)品。 DSA軟件系統(tǒng)從整體來看,有實時性、容錯性及可配置性三大需求。大數(shù)據(jù)量的基于平板探測器的圖像序列對DSA軟

2、件系統(tǒng)提出了很高的實時性需求,文中采用了動態(tài)查找表技術(shù),此查找表能自適應圖像位數(shù)動態(tài)生成,通過查找表,把復雜的對數(shù)減影,浮點減影系數(shù)灰度映射數(shù)學運算過程簡化為三次下標索引及-次減法,顯著地提高了數(shù)寧減影速度。另外由于DSA系統(tǒng)會應用于介入手術(shù),需要系統(tǒng)有極高的容錯性,但是圖像數(shù)據(jù)在傳輸過程中因電磁干擾可能受到損壞,若采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗方式來滿足系統(tǒng)容錯性需求,會以犧牲軟件系統(tǒng)的實時性為代價,我們采用了冗余下標映射技術(shù),這樣DSA系統(tǒng)不需

3、要任何數(shù)據(jù)校驗便可容錯,且損壞的數(shù)據(jù)會合理地映射為灰度級的上限或下限。最后,由于圖像的顯示效果是一個相對主觀的概念,另一方面不同的DSA硬件系統(tǒng)成像有一定差異,因此減影圖像的對比度及背景灰度級應該需要可配置的,這樣DSA軟件系統(tǒng)才有較大的柔性,為此,我們在DSA的核心組件上設計了減影圖像配置接口,可以根據(jù)用戶需求方便配置查找表的特性參數(shù),并自動保存這些配置參數(shù)。 由于病人運動會造成減影圖像中出現(xiàn)偽影,而降低DSA的診斷價值。但是

4、這種運動并非簡單的平移,而是復雜的轉(zhuǎn)動和平移的組合,對此,提出了基于仿射變換模型的DSA自動配準算法來消除運動偽影,其主要包含特征提取,特征匹配,變換模型參數(shù)最優(yōu)化求解及圖像變形等過程。針對X線透視圖像特性,利用改進的Harris算子提取視覺特征點；由于造影劑的注入,使得蒙片和對比片在充滿造影劑的部位,圖像存在顯著差異,采用了基于灰度差分直方圖能量最大匹配準則的模板匹配算法來進行特征匹配,進而得到特征點的運動矢量；利用得到的稀疏運動矢量

5、,采用了SVD(奇異值分解)方法獲得了仿射變換模型最小二乘意義下的最優(yōu)參數(shù)解；最后在確定的變換模型基礎上,兼顧到圖像質(zhì)量及效率,采用了雙線性插值方法對圖像進行再采樣圖像變形以完成圖像配準過程。血管增強可以作為更高級的血管識別分割的預處理環(huán)節(jié),具有重要的醫(yī)療價值,是DSA軟件系統(tǒng)的另一個難點技術(shù)。文中提出了基于Hessian矩陣的多尺度血管增強算法。由于血管在圖像中表現(xiàn)為條狀物,該算法通過Hessian矩陣特征值分析來檢測圖像局部的條狀結(jié)

6、構(gòu),我們設計了多尺度的血管增強濾波器,對不同尺度的血管有最大的濾波響應,對濾波系數(shù)圖像化顯示可得到血管增強影像。對各尺度濾波器的合理規(guī)范化可使得各尺度濾波響應有可比性；引入邊緣指示因子可以改善增強的效果；而對二階高斯偏導卷積核采用積分法數(shù)字化的方法可以使得濾波更精確。 對于X線透視人體拼接技術(shù)的研究是本課題另一方面的主要研究內(nèi)容。而由于X線攝影系統(tǒng)中成像器件尺寸有限,我們只能對有較大尺寸的對象分成幾次拍攝成像,后處理中把多個圖像

7、拼接成一個完整的無縫連接影像對于骨科矯形測量等具有重要意義。為了兼顧圖像拼接的實時性需求及拼接圖像質(zhì)量,文中提出了多尺度灰度融合的自動拼接算法,主要包含人體部位識別、多尺度平移估計及灰度融合拼接等過程。首先根據(jù)X線透視圖像特性及人體不同部位組織對X線的吸收規(guī)律,進行圖像部位識別,進而自動提取出合理的特征塊及搜索區(qū)域進行特征匹配；然后對圖像進行多分辨率分解,在大尺度下得到粗略的平移估計,然后以此確定在更小尺度下的估計范圍并通過梯度域特征匹