基于匹配滤波器的肾动脉增强方法研究

摘要

随着肾癌发病率的逐年递增，肾肿瘤切除手术成为局限性肾癌治疗的首选方案，为保证病人术后的生活质量，肾动脉分支阻断的肾部分切除手术引起了临床及研究界的极大兴趣。由于该手术术前计划的临床需求，需要对肾动脉，尤其是那些靠近或穿入肾肿瘤的直径较小的肾动脉分支末梢进行清晰显示，以准确判断为肿瘤区域供血的肾动脉分支，便于合理地选择手术时需要阻断的动脉分支。然而，目前常用显示成像工具无法满足上述要求。因此，对肾脏CTA(Computed Tomography Angiography)图像中肾动脉及其分支末梢进行有效增强，将成为直接体绘制显示前的关键预处理步骤。
　　为满足以上临床需求，本文提出一种基于匹配滤波器的肾动脉增强方法。首先从3D血管的形状特征出发，设计出符合3D血管管状特征的滤波器，且将其拓展为尺度和方向均可调的匹配滤波器组，并给出匹配滤波器组中参数的选取规则。然后，将血管增强看作一个滤波过程，逐个体素点取最大卷积输出值作为响应值，提出基本的肾动脉增强方法。
　　考虑到CTA数据中具有较高灰度值的肾皮质区域，在利用基本方法对肾动脉增强时，也会出现较强的响应值，本文通过主成分分析和椭圆拟合方法对滤波器的响应值进行改进，设计出血管描绘算子，以对肾皮质区域产生的错误响应进行抑制，使肾动脉及其分支末梢血管在增强后都能通过常用的显示成像工具进行清晰地显示。同时，从缩减待处理体素点个数和程序优化这两个角度出发，给出提高算法执行效率的策略方案。
　　相比较在血管增强领域应用比较广泛的Frangi方法，本文首先利用人工合成数据进行定量比较。在此基础上，进一步在临床肾脏CTA上进行测试，并对三种方法的直接体绘制结果进行比较，初步显示本文方法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 血管提取技术

1．2．1 数学形态学算法

1．2．2 微分滤波器

1．2．3 匹配滤波器

1．2．4 Gabor滤波器

1．3 论文组织结构

第2章 3D血管匹配滤波器组及基本的肾动脉增强方法

2．1 引言

2．2 3D血管匹配滤波器

2．2．1 3D血管匹配滤波器理论

2．2．2 滤波器均值归一化为零

2．2．3 实验分析

2．3 设计3D血管匹配滤波器组

2．3．1 3D血管匹配滤波器组理论

2．3．2 3D血管匹配滤波器组算法实现

2．3．3 3D血管匹配滤波器组中参数选取

2．3．4 实验分析

2．4 肾动脉增强的基本方法

2．4．1 基本方法理论

2．4．2 实验分析

2．5 本章小结

第3章 基于PCA和椭圆拟合肾动脉增强的改进方法

3．1 引言

3．2 基于PEA对响应方向向量降维

3．2．1 PCA方法的理论

3．2．2 实验分析

3．3 平面上离散点的椭圆拟合

3．3．1 基于最小二乘法的椭圆拟合

3．3．2 实验分析

3．4 设计3D血管描述算子

3．4．1 选取最优描绘子

3．4．2 设计3D血管描述算子

3．5 提高执行效率策略

3．6 本章小结

第4章 肾动脉增强方法的实验结果及评估

4．1 引言

4．2 肾动脉增强方法框架

4．3 实验环境

4．4 人工合成图像实验

4．4．1 人工合成图像的生成方法

4．4．2 量化评估框架及指标

4．4．3 增强结果分析

4．5 肾脏CTA图像实验

4．6 本章小结

第5章 总结和展望

5．1 论文工作总结

5．2 研究方向展望

致谢

参考文献