血管提取與重建算法研究（基于容積數(shù)據(jù)）.rar
血管提取與重建算法研究（基于容積數(shù)據(jù)）,65頁 2.9萬字摘要心腦血管疾病是危害人類健康最為嚴(yán)重的殺手。目前，臨床主要通過基于二維dsa的血管造影圖像來診斷病情,但是準(zhǔn)確性和客觀性較差,對人體有創(chuàng)傷,且價(jià)格昂貴?；赾t容積數(shù)據(jù)的血管提取與病情診斷方法，由于處理的是三維數(shù)據(jù)，能獲得比二維的造影圖像更豐富的信息，且由于其無...
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血管提取與重建算法研究（基于容積數(shù)據(jù)）
65頁 2.9萬字
摘 要
心腦血管疾病是危害人類健康最為嚴(yán)重的殺手。目前，臨床主要通過基于二維DSA的血管造影圖像來診斷病情,但是準(zhǔn)確性和客觀性較差,對人體有創(chuàng)傷,且價(jià)格昂貴?；贑T容積數(shù)據(jù)的血管提取與病情診斷方法，由于處理的是三維數(shù)據(jù)，能獲得比二維的造影圖像更豐富的信息，且由于其無創(chuàng)傷性和價(jià)格低廉，已成為臨床研究的重要課題。本文研究基于CT容積數(shù)據(jù)的血管提取與重建方法，并已成功應(yīng)用于三維血管分析系統(tǒng)。
血管提取方面，針對基于中心似然值的血管中心線提取算法中心點(diǎn)計(jì)算不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，引入了濾波預(yù)處理和灰度加權(quán)處理兩種方案。實(shí)驗(yàn)證明，兩種方法都能獲得更加接近于真實(shí)的血管中心的似然值；其次，在跟蹤方向的計(jì)算上，將原始的基于兩點(diǎn)的跟蹤方向擴(kuò)展到多點(diǎn)的跟蹤，使得算法對于彎曲血管的跟蹤更加穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證明了只要獲得了用戶輸入的待分析血管段的起始和終止位置，該算法就能夠自動地找到兩個(gè)起始點(diǎn)和一個(gè)終止點(diǎn)之間的所有的離散血管中心點(diǎn)。
血管重建方面，首先，提出一種基于0.618法的血管中心線等間隔采樣方法，將中心線的等間隔采樣問題轉(zhuǎn)換為求單峰函數(shù)的極小值問題，成功地得到了距離相等的離散中心點(diǎn)；其次，提出了一種基于坐標(biāo)變換的血管切片生成算法，它根據(jù)平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到了平滑過渡的血管切片，使血管的中心在每層切片的中間位置；最后，通過將所有切片堆疊起來實(shí)現(xiàn)血管的拉直，并根據(jù)三次線性差值算法沿血管的中心線產(chǎn)生一個(gè)剖面，以利于后續(xù)的定量分析。
最后，給出了一個(gè)三維血管分析系統(tǒng)。它通過交互式方法成功地實(shí)現(xiàn)了血管的提取和拉直以及后端的定量分析。
關(guān)鍵詞：血管提取 血管重建 CT容積數(shù)據(jù) 中心線提取 定量分析
Abstract
Cardiovascular and cerebrovascular diseases are the most serious killers to human health. At present, 2D DSA images are widely used in clinic diagnosis. However they are invasive and expensive, and have low accuracy and objectivity. As a 3D technology, vessel extraction and vascular disease diagnosis based on the CT volume data has become an important research focus, since it contain more information than those based on the 2D angiography. It is also non-invasive and inexpensive....
第一章 緒論 1
1.1 課題背景及意義 1
1.1.1 課題背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 血管分析的研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 血管路徑線和中心線提取 3
1.2.2 造影圖像中血管的提取 4
1.2.3 血管狹窄程度的評估 4
1.3 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排 5
1.3.1 研究內(nèi)容 5
1.3.2 章節(jié)安排 6
第二章 醫(yī)學(xué)圖像的預(yù)處理及圖像分割 7
2.1 引言 7
2.2 醫(yī)學(xué)圖像的獲取 7
2.3 醫(yī)學(xué)圖像的預(yù)處理 8
2.3.1 鄰域平均法 9
2.3.2 中值濾波 9
2.3.3 高斯平滑濾波 10
2.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 10
2.4 醫(yī)學(xué)圖像分割 11
2.4.1 引言 11
2.4.2 基于區(qū)域的分割 12
2.4.3 基于邊緣的分割 15
2.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 17
2.5 小結(jié) 18
第三章 血管的提取 19
3.1 引言 19
3.2 三維血管分析系統(tǒng)介紹 20
3.2.1 軟件功能 20
3.2.2 系統(tǒng)原理 21
3.2.3 主要功能模塊介紹 21
3.3 基于跟蹤法的三維血管中心線提取算法 22
3.3.1 算法原理 22
3.3.2 血管中心的計(jì)算 23
3.3.3 跟蹤方向的計(jì)算 28
3.3.4 跟蹤的結(jié)束條件 30
3.4 小結(jié) 30
第四章 血管的重建 31
4.1 引言 31
4.2 基于坐標(biāo)變換的血管拉直重建算法 31
4.2.1 血管拉直重建算法的原理 31
4.2.2 等間隔采樣 32
4.2.3 斷層圖像插值 35
4.2.4 切面計(jì)算 37
4.2.5 切片體數(shù)據(jù)的生成 38
4.2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 41
4.3 小結(jié) 42
第五章 血管的定量分析 43
5.1 引言 43
5.2常見的血管定量分析方法 43
5.2.1 直線段和曲線段的測量 43
5.2.2 周長和面積的測量 43
5.2.3 血管狹窄程度的度量 44
5.3 小結(jié) 45
第六章 結(jié)束語 47
6.1 工作總結(jié) 47
6.2 未來展望 48
致 謝 49
參考文獻(xiàn) 51
附錄A 59
參考文獻(xiàn)
[4] A.K.Klein, F. Lee, A.A.Amini. Quantitative coronary angiography with deformable spline models. IEEE Trans Medical Imaging. 1997, 16(5): 468-482.
[5] 余建明．?dāng)?shù)字減影血管造影技術(shù)[M]．北京：人民軍醫(yī)出版社．1999．
[6] 祁吉．?dāng)?shù)字減影血管造影的基本原理．北京：人民衛(wèi)生出版社．1991．
[7] 方國玲，赫衛(wèi)平．?dāng)?shù)字減影血管造影術(shù)．醫(yī)學(xué)綜述．1995, 1(7):309-311.
[8] 儲穎．醫(yī)用X線減影成像技術(shù)的研究[D]．西安交通大學(xué)碩士論文.2003.
[9] 張玉忠．磁共振血管成像在腦動脈測量、變異及腦血管疾病中的應(yīng)用[D]．第一軍醫(yī)大學(xué)碩士論文．2002．
65頁 2.9萬字
摘 要
心腦血管疾病是危害人類健康最為嚴(yán)重的殺手。目前，臨床主要通過基于二維DSA的血管造影圖像來診斷病情,但是準(zhǔn)確性和客觀性較差,對人體有創(chuàng)傷,且價(jià)格昂貴?；贑T容積數(shù)據(jù)的血管提取與病情診斷方法，由于處理的是三維數(shù)據(jù)，能獲得比二維的造影圖像更豐富的信息，且由于其無創(chuàng)傷性和價(jià)格低廉，已成為臨床研究的重要課題。本文研究基于CT容積數(shù)據(jù)的血管提取與重建方法，并已成功應(yīng)用于三維血管分析系統(tǒng)。
血管提取方面，針對基于中心似然值的血管中心線提取算法中心點(diǎn)計(jì)算不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)，引入了濾波預(yù)處理和灰度加權(quán)處理兩種方案。實(shí)驗(yàn)證明，兩種方法都能獲得更加接近于真實(shí)的血管中心的似然值；其次，在跟蹤方向的計(jì)算上，將原始的基于兩點(diǎn)的跟蹤方向擴(kuò)展到多點(diǎn)的跟蹤，使得算法對于彎曲血管的跟蹤更加穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證明了只要獲得了用戶輸入的待分析血管段的起始和終止位置，該算法就能夠自動地找到兩個(gè)起始點(diǎn)和一個(gè)終止點(diǎn)之間的所有的離散血管中心點(diǎn)。
血管重建方面，首先，提出一種基于0.618法的血管中心線等間隔采樣方法，將中心線的等間隔采樣問題轉(zhuǎn)換為求單峰函數(shù)的極小值問題，成功地得到了距離相等的離散中心點(diǎn)；其次，提出了一種基于坐標(biāo)變換的血管切片生成算法，它根據(jù)平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到了平滑過渡的血管切片，使血管的中心在每層切片的中間位置；最后，通過將所有切片堆疊起來實(shí)現(xiàn)血管的拉直，并根據(jù)三次線性差值算法沿血管的中心線產(chǎn)生一個(gè)剖面，以利于后續(xù)的定量分析。
最后，給出了一個(gè)三維血管分析系統(tǒng)。它通過交互式方法成功地實(shí)現(xiàn)了血管的提取和拉直以及后端的定量分析。
關(guān)鍵詞：血管提取 血管重建 CT容積數(shù)據(jù) 中心線提取 定量分析
Abstract
Cardiovascular and cerebrovascular diseases are the most serious killers to human health. At present, 2D DSA images are widely used in clinic diagnosis. However they are invasive and expensive, and have low accuracy and objectivity. As a 3D technology, vessel extraction and vascular disease diagnosis based on the CT volume data has become an important research focus, since it contain more information than those based on the 2D angiography. It is also non-invasive and inexpensive....
第一章 緒論 1
1.1 課題背景及意義 1
1.1.1 課題背景 1
1.1.2 研究意義 3
1.2 血管分析的研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 血管路徑線和中心線提取 3
1.2.2 造影圖像中血管的提取 4
1.2.3 血管狹窄程度的評估 4
1.3 論文的研究內(nèi)容和章節(jié)安排 5
1.3.1 研究內(nèi)容 5
1.3.2 章節(jié)安排 6
第二章 醫(yī)學(xué)圖像的預(yù)處理及圖像分割 7
2.1 引言 7
2.2 醫(yī)學(xué)圖像的獲取 7
2.3 醫(yī)學(xué)圖像的預(yù)處理 8
2.3.1 鄰域平均法 9
2.3.2 中值濾波 9
2.3.3 高斯平滑濾波 10
2.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 10
2.4 醫(yī)學(xué)圖像分割 11
2.4.1 引言 11
2.4.2 基于區(qū)域的分割 12
2.4.3 基于邊緣的分割 15
2.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 17
2.5 小結(jié) 18
第三章 血管的提取 19
3.1 引言 19
3.2 三維血管分析系統(tǒng)介紹 20
3.2.1 軟件功能 20
3.2.2 系統(tǒng)原理 21
3.2.3 主要功能模塊介紹 21
3.3 基于跟蹤法的三維血管中心線提取算法 22
3.3.1 算法原理 22
3.3.2 血管中心的計(jì)算 23
3.3.3 跟蹤方向的計(jì)算 28
3.3.4 跟蹤的結(jié)束條件 30
3.4 小結(jié) 30
第四章 血管的重建 31
4.1 引言 31
4.2 基于坐標(biāo)變換的血管拉直重建算法 31
4.2.1 血管拉直重建算法的原理 31
4.2.2 等間隔采樣 32
4.2.3 斷層圖像插值 35
4.2.4 切面計(jì)算 37
4.2.5 切片體數(shù)據(jù)的生成 38
4.2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 41
4.3 小結(jié) 42
第五章 血管的定量分析 43
5.1 引言 43
5.2常見的血管定量分析方法 43
5.2.1 直線段和曲線段的測量 43
5.2.2 周長和面積的測量 43
5.2.3 血管狹窄程度的度量 44
5.3 小結(jié) 45
第六章 結(jié)束語 47
6.1 工作總結(jié) 47
6.2 未來展望 48
致 謝 49
參考文獻(xiàn) 51
附錄A 59
參考文獻(xiàn)
[4] A.K.Klein, F. Lee, A.A.Amini. Quantitative coronary angiography with deformable spline models. IEEE Trans Medical Imaging. 1997, 16(5): 468-482.
[5] 余建明．?dāng)?shù)字減影血管造影技術(shù)[M]．北京：人民軍醫(yī)出版社．1999．
[6] 祁吉．?dāng)?shù)字減影血管造影的基本原理．北京：人民衛(wèi)生出版社．1991．
[7] 方國玲，赫衛(wèi)平．?dāng)?shù)字減影血管造影術(shù)．醫(yī)學(xué)綜述．1995, 1(7):309-311.
[8] 儲穎．醫(yī)用X線減影成像技術(shù)的研究[D]．西安交通大學(xué)碩士論文.2003.
[9] 張玉忠．磁共振血管成像在腦動脈測量、變異及腦血管疾病中的應(yīng)用[D]．第一軍醫(yī)大學(xué)碩士論文．2002．
