脑血管树建模方法的研究

摘要

人脑血管的三维模型有着广泛的应用领域，包括血管手术，介入手术，医学教学等。在临床上，对脑血管正确的认识对病人的诊断和治疗有着关键的作用。一个好的血管模型应该具有良好的稳定性，可操作性，便于理解，利用它能够快速而准确的重建出血管的三维形态。 本论文提出了一种针对磁共振造影图像的脑血管三维模型，用广义柱对血管的结构进行了简化，将血管表示为一个三维空间的一维曲线，即血管中轴和中轴相关的血管宽度。这种模型能够很好的反映血管的空间拓扑信息，能够在血管相关的手术中有重要的导航作用。本论文还研究了用移动立方体的方法构造多边形等值面来获得脑血管的形态。论文的具体工作包括： (1)提出一种自动分割方法从MRA数据序列中提取出血管，首先对原始图像进行Sigmoid变换以增强对比度，根据图像各层切片统计数据的不同自适应地调整Sigmoid的参数，变换后的图像由于具有较为相似的统计特性，对它们取相同的阈值值得到二值图像，经形态学运算调整后，滤除掉不属于血管的部分，最后获得了脑血管的体素级表示。 (2)在获得了脑血管的体素级表示的基础上我们研究了脑血管的广义柱模型。利用距离变换的方法来获得脑血管的中轴。计算了脑血管二值图像的两种不同的距离变换：边界距离变换和单参考点距离变换。边界距离变换用来考察血管中的点到血管边界的最小距离，反映了被考察点位于血管中心的程度；单参考点距离变换在生成中轴的过程中用来保证中轴的连通性。结合着两种距离变换可以获得脑血管的单体素宽度的连通的中轴。这是进行血管拓扑描述的关键，同时认为血管中轴点的边界距离变换值就是相应的血管宽度。 (3)选择从中轴的根部遍历获取血管树的拓扑结构。分叉点、端节点、片段点在中轴上分别具有不同数目的邻域目标点，利用这个特征进行提取。由于中轴点在空间上离散的特性，在提取出了血管树的各个分叉点和片段后，对每段片段进行了平滑，使得血管具有更好的真实感。 (4)采用基于等值面提取的血管表面模型提取MRA中血管表面。在对MRA数据集进行了三维高斯滤波后结合临床经验数据用不同的阈值对脑血管进行了重建的工作，并用顶点收缩法简化了三角面片，取得了较好的实验结果。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1．1课题背景与意义

1．2脑血管树建模和可视化问题的研究和发展

1．3论文研究内容与章节安排

参考文献

第二章 血管分割

2．1图像分割概述

2．2图像分割的研究现状

2．2．1图像分割算法概述

2．2．2血管分割的研究现状

2．3基于自适应阈值的血管分割算法

2．3．1引言

2．3．2分割算法

2．3．3形态学操作提取大血管和二值化

2．4小结

参考文献

第三章 血管的广义柱模型

3．1研究目的

3．2中轴提取简介和研究背景

3．3距离变换及实现算法

3．3．1距离变换的定义

3．3．2距离尺度

3．3．3距离变换的计算方法

3．4MRA二值图像的中轴提取

3．4．1距离变换尺度的选择

3．4．2数据场编码

3．4．3选择参考点

3．4．4中轴的生成

3．6脑血管树模型结构的建立

3．6．1中心路径序列U和球半径序列R提取

3．6．2建立血管树的拓扑结构

3．6．3快速平滑血管片断中心路径

3．7实验结果

参考文献

第四章 基于等值面提取的血管模型

4．1等值面提取方法概述

4．1．1等值面的构造

4．1．2表面法向量的估计

4．1．3移动立方体法的算法流程

4．1．4移动立方体法的存在问题和解决方法

4．2面片简化算法及其实现

4．2．1面片简化算法简介

4．2．2一种新颖的边收缩顶点合并法

4．3应用等值面提取的模型重建脑血管

参考文献

第五章 总结和展望

5．1论文总结

5．2展望

致谢