基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备

本发明涉及医学图像分割领域，更具体地说，涉及一种基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备。

背景技术：

1、在医学研究中，血管有着极其重要的地位，将血管正确且快速地分割提取为各种疾病的诊治起到了至关重要的辅助作用。而其中，最具有挑战性的工作在于血管复杂的细长结构以及成像过程中出现的像素强度的不均匀性和血管边沿的模糊性。

2、基于水平集的活动轮廓模型凭借其独有的优势，成为了分割领域中常用的方法之一，其中又以基于局部区域信息的局域活动轮廓模型为代表。由于血管图像中，血管区域与背景区域在像素级灰度值上有一定的差异，因此该类方法在局部范围内，通过能量最小化方法使得演化曲线内、外区域内部的像素差异性达到最小，从而完成对血管区域的分割。

3、以lankton等人(s.lankton and a.tannenbaum,localizing region-basedactive contours,in ieee transactions on image processing,vol.17,no.11,pp.2029-2039,nov.2008.)所提出的区域定位(localizing region,lr)模型为例，其能量泛函表示如下：

4、

5、

6、

7、

8、

9、其中f是某种内部能量项，表征在某种模型下轮廓曲线上每个点所遵循的规则，可以选用um(uniform modeling)能量、ms(mean separation)能量等经典分割模型。b(x,y)为一个分段函数，用以掩盖局部区域ω，并乘以正则化的冲激函数来保证在模型演化中只考虑轮廓附近的点对于模型的贡献。ε表示控制有效宽度的参数。为曲线的内力项，用以保证演化曲线的平滑性。为正则化的阶跃函数。通过水平集函数保证曲线的自由拓扑变化，能够很好地应用于不规则、多目标的提取与分割，同时又有着扎实充分的数学理论作为支撑，能够很好地融合其它方面的知识，具有良好的扩展性。

10、但血管图像大多是低对比度以及不均匀的，而局域活动轮廓模型仅仅考虑图像的局部区域信息，在面对低对比度区域时容易出现过分割、漏分割现象导致分割精度低。同时在计算时需要针对每一个局部区域进行计算，导致该方法的计算量颇大，并且局域活动轮廓模型对初始轮廓以及模型参数的设置敏感，应用性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备，能很好地在提升分割精度的同时减少模型的计算量。

2、本发明提供一种基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，包括以下步骤：s1：获取血管图像，对血管图像进行降噪处理，得到待分割血管图像；s2：根据待分割血管图像，利用阈值化的多尺度frangi滤波方法进行预处理，得到初始轮廓；s3：获取局域活动轮廓模型，根据所述初始轮廓，构建局域活动轮廓模型的自适应先验约束项、自适应边缘指示函数、长度正则项和数据拟合项；s4：获取采用um内能的lr模型，根据采用um内能的lr模型、局域活动轮廓模型的自适应先验约束项、自适应边缘指示函数、长度正则项和数据拟合项，得到基于tm-frangi滤波的融合模型；s5：利用变分法与梯度下降流方法，对基于tm-frangi滤波的融合模型进行求解，得到最终演化曲线；s6：根据最终演化曲线和血管图像，得到分割结果。

3、本发明还提供计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法的步骤。

4、本发明还提供计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行该程序时实现上述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法的步骤。

5、实施本发明提供的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备，具有以下有益效果：

6、1.提出指示效果更好的边缘指示函数：在满足边缘指示函数单调递减以及自变量趋于∞时函数为0的两个条件下，本发明提出了以变化效果更为突出的负对数函数为主体所构建的边缘指示函数，取得了更好的指示效果，并进一步在其中引入了区域信息，得到了融合区域信息的自适应边缘指示函数，使其能够在图像的不同区域处自适应地进行权重调整，从而更好地提升了边缘指示能力；

7、2.改进了多尺度frangi滤波：本发明通过阈值化多尺度frangi滤波(tm-frangi滤波)的方法获得了增强效果更好的血管图像，并利用tm-frangi滤波方法对血管图像进行粗提取，并将粗提取的结果作为后续演化的初始轮廓与先验信息；

8、3.引入改进的形状先验约束信息：本发明在传统先验约束项的基础上，以演化曲线内部的局部均值与先验曲线内部局部均值的差异构建了自适应先验权重，使得该权重在曲线偏离先验曲线的情况下有较大的值，推动曲线快速来到先验形状的位置，而在曲线处于先验形状附近时权重降低，从而更好地进行血管分割。

技术特征：

1.一种基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，所述步骤s33具体包括：构建局域活动轮廓模型的长度正则项，如公式：

5.根据权利要求1所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的分割方法，其特征在于，所述步骤s4包括：获取采用um内能的lr模型，根据所述采用um内能的lr模型、局域活动轮廓模型的自适应先验约束项、自适应边缘指示函数、长度正则项和数据拟合项，得到基于tm-frangi滤波的融合模型，如公式：

6.根据权利要求1所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

7.根据权利要求1所述的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法，其特征在于，所述步骤s51具体包括：根据所述基于tm-frangi滤波的融合模型，利用变分法得到梯度下降流方程，使用有限差分迎风形式对所述基于tm-frangi滤波的融合模型进行数值化计算，得到梯度下降流方程的离散化迭代式，如公式：

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法的步骤。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备，涉及医学图像分割领域，基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法主要包括：通过在局域活动轮廓模型中引入自适应形状先验约束以及梯度指示函数，从先验信息中提取初始轮廓，利用变分法与梯度下降流方法，对模型进行求解，得到最终演化曲线和分割结果。实施本发明提供的基于形状约束与边缘指示函数改进的血管分割方法及设备，能很好地在提升分割精度的同时减少模型的计算量。技术研发人员：侯强,侯昱晨,廖梓寒,欧明霖受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）技术研发日：技术公布日：2024/9/2