基于Snake模型的冠状动脉血管运动跟踪

摘要

冠心病已成为危害人类健康的主要疾病之一。X射线冠状动脉造影检查是目前国际上公认的诊断冠心病的常用手段。造影图像序列记录了冠状动脉运动变化的历史，可以获得比静态图像更多的信息。因此，基于造影图像序列的冠脉血管运动跟踪与分析技术在探讨冠脉粥样硬化发病机理和辅助诊断冠心病方面有很好的临床意义和很高的应用价值，目前已经成为国内外心脏病的研究热点。本文采用数字图像分析技术和基于动态轮廓模型的方法，通过分析冠状动脉造影图像序列，获得心动周期中冠状动脉血管的二维、三维形态结构和运动信息，辅助冠心病的诊断和治疗。 本文的研究内容主要包括： 1、简介X射线冠状动脉造影的成像原理及临床应用通过介绍冠心病的发病机理、类型和诊断治疗方法，阐述了冠状动脉造影图像序列在临床诊断和治疗中的应用价值。介绍了冠状动脉造影系统的基本构成、成像原理及造影常识。 2、介绍动态轮廓模型的原理及应用现状分析动态轮廓模型的理论基础，阐述能量函数中各个组成部分在进行轮廓跟踪时的不同作用，并介绍目前动态轮廓模型在各个领域中的应用情况。 3、冠状动脉的二维运动跟踪采用snake模型，利用手动设定或图像脊提取自动设定snake初始位置，并通过使适当的能量函数最小实现对冠状动脉造影图像序列的二维运动跟踪，从而得到心动周期中各时刻感兴趣血管段的形态结构。 4、冠状动脉的三维运动跟踪采用从两个不同角度拍摄的冠状动脉造影图像序列，自顶向下的模型设计方式，直接在三维空间中对感兴趣的血管段进行运动跟踪，将冠状动脉的二维提取、三维重建和运动跟踪同步完成，最终实现了对冠状动脉血管在整个心动周期中的四维描述。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1研究背景

§1.1.1冠心病的发病机理及其类型

§1.1.2冠心病的诊断与治疗

§1.1.3 X射线冠状动脉造影

§1.2本课题研究的目的和意义

§1.2.1目的和意义

§1.2.2冠状动脉运动跟踪的现状和进展

§1.3本文的主要工作

第二章冠状动脉造影成像原理

§2.1 X射线血管造影

§2.1.1 X射线的性质与作用

§2.1.2 X射线成像的基本原理

§2.1.3 X射线心血管造影

§2.1.4数字减影血管造影术

§2.2冠状动脉造影

§2.2.1冠状动脉的解剖结构

§2.2.2 X射线心血管造影系统

§2.2.3造影角度

本章小结

第三章基于snake模型的二维血管运动跟踪

§3.1 snake模型原理

§3.2采用snake模型对冠状动脉血管的二维运动跟踪

§3.2.1方法概述

§3.2.2首帧图像中血管段的提取

§3.2.3 B样条曲线拟合

§3.2.4图像序列中血管段的运动跟踪

§3.3能量函数最小值的求解

§3.3.1动态规划算法

§3.3.2 Williams快速算法(贪婪算法)

§3.4实验结果及分析

§3.4.1动态规划实验结果

§3.4.2 Williams快速算法实验结果

§3.4.3动态规划算法与快速算法的比较

§3.4.4权重参数对结果的影响

§3.4.5初始位置对结果的影响

§3.4.6经典snake模型在血管的二维运动跟踪中的应用总结

本章小结

第四章基于图像脊提取和snake模型的二维血管运动跟踪

§4.1图像脊的概念及检测

§4.2对血管图像的多尺度脊提取

§4.2.1预处理

§4.2.2图像脊区域判断

§4.2.3多尺度的高斯滤波

§4.2.4区域生长与细化

§4.3冠脉血管的运动跟踪

§4.3.1算法的基本思想

§4.3.2首帧感兴趣血管段的获得

§4.3.3对冠脉造影图像序列的运动跟踪

§4.4实验结果

§4.5基于中心线的血管边缘提取与直径的测量

§4.5.1血管边缘的提取

§4.5.2血管直径的测量

本章小结

第五章冠状动脉血管的三维运动跟踪

§5.1概述

§5.2第一时刻血管骨架的三维重建

§5.2.1模型初始位置的获取

§5.2.2第一时刻血管骨架的三维重建

§5.3对图像序列中三维血管中心线的运动跟踪

§5.4实验结果及误差分析

§5.4.1实验结果

§5.2.2误差分析

本章小节

第六章工作总结与展望

§6.1工作总结

§6.1.1论文的研究内容

§6.1.2论文研究中的创新性工作

§6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢