医学图像序列中腹腔主动脉瘤分割研究

摘要

腹腔主动脉瘤是一种中老年群体中出现频率较高的高危疾病，其外在表现为主动脉的退化性扩张。在腹腔主动脉瘤的诊断中，对瘤体的测量以及其破裂风险的评估是进行手术治疗与否的主要依据。从医学图像中分割出腹腔主动脉瘤并对其成分进行分析，是对腹腔主动脉瘤瘤体进行测量和重建的前提。对腹腔主动脉瘤的病理研究中也需要使用腹腔主动脉瘤分割技术以实现对瘤体外壁的受力分析以及瘤体内各成分相互影响的研究。因此腹腔主动脉瘤分割技术的在临床诊断和医学研究中发挥着重要的作用。
　　医学图像序列中模糊轮廓目标的自动分割是医学图像分割的主要难点。腹腔主动脉瘤外轮廓在周围组织及本身成像特性的影响下成为模糊轮廓分割目标，而目前医学研究和实践中，精确的外轮廓分割主要依靠人工实现。本文充分利用腹腔主动脉瘤医学图像序列的特点，实现了腹腔主动脉瘤的内外轮廓及其成分精确自动的分割，大大提高了腹腔主动脉瘤医学图像序列的处理效率。
　　本文主要完成了以下工作：
　　1.针对腹腔主动脉瘤计算机断层扫描血管造影（CTA）图像的特点，对腹腔主动脉瘤截面区域内腔和外轮廓分别采用不同方式进行分割。首先采用区域限制下的Chan-Vase水平集模型实现瘤体内腔轮廓的分割。其次采用窄带局部二元拟合的二值水平集方法获得瘤体外轮廓初步分割结果，并提出了一种基于上下文窄带约束的外轮廓分割方法以实现瘤体外轮廓的更高精度分割。本文通过这两种方法实现了单层CTA图像的内腔、外轮廓精确分割。
　　2.针对医学图像序列的空间连续特性，采用动态处理窗口、单层CTA图像的内腔、外轮廓分割技术，利用图像序列的上下文信息，实现腹腔主动脉瘤医学图像序列的连续自动分割。使用B样条方法优化自动分割过程中每层的分割结果，大大减少分割过程中外轮廓的误差积累。通过对比实验，证明了本连续分割方法可以得到高精度的腹腔主动脉瘤序列外轮廓自动分割结果。同时，基于内外轮廓的分割结果实现了腹腔主动脉瘤医学图像序列成分分割以及主动脉分支跟踪。
　　3.设计并实现了基于Matlab GUI腹腔主动脉瘤医学图像序列连续分割系统，包括设计界面和实现相应的功能。针对输入的医学图像序列，该系统完成了腹腔主动脉瘤图像序列在自定义窗宽、窗位下显示，腹腔主动脉瘤内腔、外轮廓、血栓、钙化点和主动脉分支的连续分割及结果展示以及腹腔主动脉瘤分割结果数据的导出。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 腹腔主动脉瘤图像序列的特点及分割难点

1.4 本文研究内容及后续章节安排

第2章 可形变模型的发展及其应用

2.1 引言

2.2 可形变模型的方法

2.3 水平集分割方法在医学图像分割中的应用

2.4 本章小结

第3章 腹腔主动脉瘤内外轮廓分割

3.1 引言

3.2 腹腔主动脉瘤CTA图像的内腔区域分割

3.3 腹腔主动脉瘤CTA图像的外轮廓分割

3.4 本章小结

第4章 腹腔主动脉瘤CTA图像序列连续自动分割

4.1 引言

4.2 动态处理窗口

4.3 基于二值区域跟踪的分支分割方法

4.4 腹腔主动脉瘤内外轮廓的连续自动分割

4.5 腹腔主动脉瘤内外轮廓连续分割实验结果

4.6 腹腔主动脉瘤成分分割

4.7 腹腔主动脉瘤分割流程及结果

4.8 本章小结

第5章 腹腔主动脉瘤图像序列连续分割系统设计及实现

5.1 引言

5.2 腹腔主动脉瘤图像序列连续分割系统设计

5.3 腹腔主动脉瘤图像序列连续分割系统实现

5.4 本章小结

第6章 研究结论与研究展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果