基于區域特征的中心點追蹤的頸動脈分割

李焰宏 劉杰 王俊杰

摘 ?要： 頸動脈狹窄可能會引起缺血性腦卒中，早期識別頸動脈血管形態對于評估腦卒中發生風險具有重要意義。通過對頸動脈三維重建的研究，可以還原頸動脈的結構，對于研究腦血管疾病的成因及臨床診斷與治療有很大的幫助。本文針對CTA圖像的特點，在管狀結構CT值篩選和多尺度濾波圖像增強的基礎上，采用一種基于區域特征的中心點追蹤的分割方法，并在2套CTA圖像上進行了實驗。初步結果表明，算法對于頸動脈血管大部分二維圖像能夠較好地分割。

關鍵詞： CTA圖像;頸動脈分割;三維可視化

中圖分類號： TN911.73 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.020

本文著錄格式：李焰宏，劉杰，王俊杰. 基于區域特征的中心點追蹤的頸動脈分割[J]. 軟件，2019，40（4）：9499

【Abstract】： Carotid stenosis may cause ischemic stroke. Early identification of carotid vascular morphology is important for assessing the risk of stroke. Through the study of three-dimensional reconstruction of the carotid artery， the structure of the carotid artery can be restored， which is of great help to study the causes and clinical diagnosis and treatment of cerebrovascular diseases. In this paper， based on the characteristics of CTA image、the CT value screening of tubular structures and multi-scale filtered image enhancement， a segmentation method based on regional feature tracking is used， and experiments are carried out on two sets of CTA images. Preliminary results show that the algorithm can segment the majority of the two-dimensional images of the carotid artery.

【Key words】： CTA images; Carotid artery segmentation; 3D visualization

0 ?引言

腦卒中是全球范圍內致死或致殘的三大病因之一，美國腦卒中死亡率已呈逐年下降趨勢，但中國腦卒中的發病率、死亡率仍處于上升趨勢，高居死亡原因的首位[1]，且老年人罹患腦卒中后的死亡率較年輕人增加一倍。約2/3腦卒中是缺血性腦卒中。頸動脈作為顱內動脈的上游血管，是腦循環的主要供血動脈。頸動脈狹窄閉塞性病變是引起缺血性腦卒中的最常見原因之一。通過對頸動脈三維重建的研究，可以還原頸動脈的結構，對于研究腦血管疾病的成因及臨床診斷與治療有

血管分割是醫學圖像數據分析和處理領域中最為重要的一部分，是管組織精確可視化和病理結果定量分析的基礎步驟。目前已有的血管分割方法主要有五大類，分別是基于區域生長法、基于管狀結構、基于中心線、基于活動輪廓模型以及基于神經網絡的分割方法，前四種屬于傳統的分割方法，基于神經網絡的分割方法是目前比較熱門的方法，但此方法依賴于大量的數據標注，而醫學圖像數據量較大，實際操作困難較大，所以本文采用傳統的分割方法。

考慮到在實際情況的應用（分割的精度與速度），本文采用基于區域特征的中心點追蹤方法。旨在應用醫學圖像處理與分析技術手段，采用臨床所提供的頭部CTA平掃圖像通過分割頸動脈并進行三維可視化，為后續進行定性與定量分析奠定基礎[3]。

1 ?頸動脈三維重建的材料與實驗設計

1.1 ?臨床資料

采集2組北京醫院成人頭頸部CT增強平面連續掃描圖像數據。成像設備為GE的revolution CT，CT掃描參數設定為管電壓100 kV，電流是自動mA，斷層厚度0.625 mm，圖像矩陣512×512，掃描方位為冠狀面，兩組數據僅包含頸段頸動脈共390張CT圖像。為了提高頸動脈病變的檢出率及定性診斷的準確率，靜脈注射40 mL，濃度為370 mL/gL的碘造影劑用以增強掃描。

1.2 ?圖像分割設備

圖像處理硬件：Founder Junyi M80 圖像處理工作站，參數為DESKTOP-6SHD5LU，主頻3.30 GHz，內存為6.0 GB，操作系統為Windows 10。

圖像處理軟件：MATLAB R2017b軟件，用來實現對頸動脈CT圖像的預處理、分割及三維可視化。

2 ?圖像分割的模型與算法

本文圖像分割算法分為四步：第一步對原始圖像進行ROI區域確定;第二步將ROI區域的灰度值調整為CT值，并采用自適應迭代法去除頸動脈周圍的軟組織;第三步采用多尺度血管增強濾波算法進行圖像增強，然后獲取圖像邊界;第四步根據頸動脈區域特征篩選連通區域。與現有算法相比，本文算法的優勢主要有：①抓住了血管結構特征，分割結果可靠;②采用追蹤與區域特征相結合的方法，可以很好的解決分叉處的問題，且分割速度快速;③算法簡單易行，容易編程實現。