基于T-snake模型的冠状动脉血管提取和运动分析的方法研究

摘要

现代社会中，冠状动脉疾病对人类健康的威胁越来越大。目前临床上广泛采用的诊断冠心病的依据是X射线冠状动脉造影图像序列。造影图像序列记录了冠状动脉在一个心动周期内的运动情况。通过分析临床造影图像序列，可以得到血管在不同时刻的状态，从而估计其相关形态和运动参数，得到丰富的信息辅助医生诊断，具有十分重要的科学意义和实用价值。 本文基于数字图像处理技术，采用 T-snake 模型对x射线冠状动脉造影图像序列进行二维血管提取和运动跟踪，得到心动周期中冠状动脉的二维形态和运动信息。本文的研究受到国家自然科学基金项目“基于 X 射线造影和血管内超声的冠状动脉三维形态和运动测量方法的研究” (项目号：30500129) 的资助。 本文主要的研究工作包括以下几个方面： 1．冠状动脉病变及 X 射线造影术的研究分析了冠状动脉病变及 X 射线造影术的特点，并据此提出了基于造影图像序列的血管运动跟踪的研究工作的内容和目的。 2．动态轮廓模型理论的研究综合分析了传统的动态轮廓模型及其一些改进模型的优点与不足，对拓扑自适应动态轮廓模型 (T-snake) 的网格划分、变形过程、各能量函数项作用、拓扑变换能力、目标提取效果和模型使用范围进行了详细研究。 3．强约束 T-snake 模型的设计设计了适用于心血管造影图像的强约束 T-snake 模型，约束节点沿网格线从一个网格点运动到下一个网格点，通过节点拆分获得拓扑变换能力、自动检测和处理拓扑冲突。针对图像灰度统计特征，设计了使轮廓能从血管内部的初始位置膨胀变形的能量函数。 4．冠状动脉造影图像序列的二维运动跟踪的实现采用 T-snake 模型，对于序列的首帧，手动在血管内部任选一起始点，通过能量函数最小化使轮廓不断变形，最终提取出血管边缘。对于后续帧，将前一帧中模型的停留位置作为当前帧模型的初始位置，通过模型变形实现对序列中动脉血管的运动跟踪。根据临床图像的实验结果，比较分析了动态规划法和 Williams快速算法的不同，研究了不同参数和初始位置对模型跟踪效果的影响。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1心脏与冠状动脉结构简介

1.1.2冠心病的病理特点

1.1.3冠心病的主要诊断手段

1.1.4冠状动脉造影术

1.2本文的目的和意义

1.3运动图像分析方法的研究现状

1.4本文的主要研究内容

第二章造影系统原理及造影图像预处理

2.1冠状动脉造影技术及设备

2.1.1 X射线成像基本原理

2.1.2冠状动脉造影术

2.1.3造影系统的主要构成

2.1.4造影的角度选择

2.2冠脉造影图像序列的特点

2.2.1造影图像的质量

2.2.2造影图像预处理

2.3本章小结

第三章适用于心血管造影图像的T-snake模型的设计

3.1动态轮廓模型

3.1.1动态轮廓模型基础理论

3.1.2经典模型的不足和改进

3.1.3 T-snake模型基础理论

3.2强约束T-snake模型

3.2.1图像网格化及节点约束

3.2.2拓扑变换能力的获得

3.2.3拓扑冲突及处理

3.2.4能量函数设计

3.3实验结果及分析

3.4本章小结

第四章基于T-snake模型的图像序列中血管段的运动跟踪

4.1算法概述

4.2首帧图像中血管边缘的提取

4.3基于T-snake模型的运动跟踪

4.3.1膨胀力衰减系数的引进

4.3.2能量函数最小值的求解

4.3.3 B样条曲线拟合

4.4实验结果及分析

4.4.1动态规划法与Williams算法实验结果比较

4.4.2临床图像序列实验结果

4.4.3参数对实验结果的影响

4.4.4初始位置对实验结果的影响

4.5本章小结

第五章工作总结与展望

5.1论文的工作总结

5.1论文的创新点

5.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢