基于形变模型的心脏超声图像三维分割方法

摘要

医用超声成像由于具有无创性、实时性和廉价性等特点，成为目前临床诊断心脏疾病的重要手段。然而，在目前超声诊断中，要想准确地获取心脏腔体整体信息，医生需要从混杂着大量斑点噪声和背景组织的各断层图像中分割目标腔体，并在脑海里重建出心脏腔体的三维模型。这就要求医生要有丰富的临床医学知识以及空间位置感，诊断的结果也主要来自于医生的主观判断。为了克服这种主观性，希望通过一种手段把心脏腔体的空间位置以及形状直接呈现出来，即完整分割出三维心脏腔体。目前，国内外对心脏超声图像三维分割方法的研究还不成熟。本研究旨在探求一种更为有效的心脏超声图像三维分割方法。 形变模型因其能够将高层视觉知识与低层图像信息有机结合，近年来广泛应用于医学图像分割中。通过对形变模型的分析，本文采用基于椭球形变模型的方法对心脏超声图像三维分割进行研究。首先，对心脏超声三维体数据，采用椭球模型进行匹配，得到椭球初始轮廓；然后，椭球初始轮廓按照一定规则离散化生成三角网格模型；最后，通过引入改进的三维GVF外力场，对得到的椭球初始轮廓进行三维形变，得到最终的分割结果。对于分割出的心脏腔体，本研究使用OpenGL对其进行表面绘制，使分割结果以三维的形式显示出来。同时，通过对分割结果二维投影面积的累加，进行心脏腔体体积的定量测量。 本文实验数据取自四川大学华西医院心内科。实验中，三维体数据是对经食道旋转超声获得的二维图像序列进行插值得到的。本文模型的分割结果大部分较好地拟合出心脏腔体的真实轮廓，大致表达出心脏腔体的大小、形状、位置等信息。将本文模型的分割结果与基于椭圆生长轮廓传统外力形变模型的分割结果对比，本文模型的分割结果更好地逼近心脏腔体的凹形边缘，在整体形态上更接近真实的心脏腔体轮廓。将本文模型的分割结果与手工分割结果对比，本文模型的分割结果在整体上与手工分割结果接近，在细节上与手工分割结果仍然存在一定的差距。本研究表明，椭球模型可以作为心脏超声图像三维分割的初始轮廓，避免了初始轮廓人工选取带来的主观性和繁琐性。椭球初始轮廓和三维GVF形变模型相结合，可以为心脏超声图像三维分割提供较为满意的分割结果。本文方法能够从一个新的角度对心脏腔体进行三维分割，研究成果为心脏超声图像直接三维分割开辟了一条新的途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1心脏超声图像三维分割的医学背景与意义

1.2心脏超声图像分割的国内外研究现状

1.2.1超声图像二维分割方法

1.2.2超声图像三维分割方法

1.3研究设想

2基于椭球形变模型的心脏超声图像三维分割方法

2.1数据获取

2.2椭球初始轮廓的形成

2.3三维形变模型

2.3.1三维网格模型的生成

2.3.2内力的计算

2.3.3外力的计算

2.3.4形变规则的定义

2.4本文研究方法小结

3实验结果与分析

3.1参数实验

3.1.1形变参数实验

3.1.2灰度信息指导下的气球力参数实验

3.2参数经验取值与作用分析

3.3实验结果对比分析

4基于OpenGL心脏超声图像三维分割平台的搭建

4.1基于OpenGL分割结果的三维显示

4.2心脏腔体体积的定量测量

4.3平台的界面设计和操作过程

5结论及研究展望

5.1论文工作的总结

5.2论文的创新点

5.3研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、参加研究的课题及获奖情况

致谢