心血管造影图像的二维信息处理及其三维重建研究

摘要

心血管造影图像已经成为心血管疾病诊断的金标准.利用多角度二维心血管造影图像重建的三维心血管图像具有客观、形象的特点,能够实现病变的量化描述,对心血管狭窄的预防、诊断和治疗具有重要意义.利用造影图像重建三维心血管包括两个阶段:1、二维心血管信息提取;2、血管三维结构重建.该文工作是围绕心血管造影图像中的心血管骨架信息提取、直径信息提取、主干血管辅助诊断而展开的,并对单面造影法心血管三维重建进行了初步研究,主要内容如下:1、心血管造影图像的灰度特征分析根据造影成像理论和心血管形状特征深入分析了造影图像,归纳出6个基本灰度特征,如血管骨架垂线上的灰度成高斯函数分布等,为二维信息提取提供了依据.2、心血管骨架提取该文首先对造影图像进行了预处理,采用了形态学Top-Hat变换、旋转一维高斯模板等方法对图像进行了噪声去除和图像增强.然后提取血管区域,在对自适应阈值、最大类间方差自动阈值等方法进行大量实验研究后,提出了自适应跟踪圆模板法,该方法经过人工初始化后可以对心血管区域进行自动提取.最后进行骨架提取,通过对比研究直接法和间接法,该文采用了间接法,即通过细化血管区域实现心血管骨架提取.在血管区域细化过程中,提出了连通数细化方法,该方法具有计算量小、运算速度快、各向同性等特征.3、心血管连续边缘提取心血管连续边缘提取是三维重建和血管辅助诊断的基础.该文在对比研究了多种常规边缘提取方法以及小波多尺度边缘提取法等基础上,提出了最大成本法.该方法首先利用常规微分边缘提取法建立成本空间,然后对血管边缘进行区域划分,利用动态规划理论提取最大成本曲线作为指定血管的边缘.最大成本法不仅具有常规边缘提取方法的优点,而且其提取的边缘具有连续性、单像素宽等优点.4、心血管直径测量与主干血管狭窄辅助诊断心血管直径测量和主干血管狭窄辅助诊断均是建立在心血管骨架和边缘提取的基础上.首先通过骨架对血管二次采样,在采样点处以血管两边缘间的最小距离作为该处直径,采用边缘直线拟合方法消除图像离散性给直径测量带来的误差影响.然后利用该文方法测得的血管直径对血管的狭窄进行了定量诊断,其结果与多位医生目视结果具有良好的一致性.5、心血管三维重建的初步研究该文对心血管三维结构模型,心血管三维重建过程模型,三维重建直径信息提取,血管树状结构描述做了初步研究.提出了采用二叉树结构对心血管图像进行结构描述、数据存贮、信息遍历,为心血管三维重建和狭窄辅助诊断奠定了基础.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1心血管结构及相关概念

1.2本课题的目的及意义

1.3心血管造影图像处理进展

1.4本文的主要工作及创新点

第二章心血管造影成像原理及图像灰度特征

2.1 X射线心血管病变诊断

2.2 X射线成像理论模型

2.3心血管造影图像特征

2.4本章小结

第三章心血管骨架提取

3.1造影图像预处理

3.2心血管区域提取

3.3心血管骨架提取

3.4本章小结

第四章心血管连续边缘提取

4.1常规微分法血管边缘提取

4.2骨架垂线微分法血管边缘提取

4.3多尺度血管边缘提取

4.4动态规划理论用于血管边缘提取

4.5人工参与的动态规划方法

4.6利用血管边缘提取血管骨架

4.7本章小结

第五章主干心血管直径测量与辅助诊断

5.1主干心血管狭窄程度的测量方法

5.2心血管直径测量

5.3主干心血管狭窄辅助诊断

5.4本章小结

第六章造影图像心血管三维重建的初步研究

6.1心血管三维模型

6.2心血管三维重建直径提取

6.3心血管三维骨架重建

6.4心血管树状结构描述及信息处理

6.5本章小结

第七章总结与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢