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基于IVUS图像分割和CAG三维重建技术的数据融合研究

王岭

  冠状动脉疾病中常见的动脉粥样硬化是危害人类健康的首要疾病之一,其主要的临床诊断方式为:X射线冠脉造影图像(Coronary angiography, CAG)和血管内超声成像(Intravascular Ultrasound, IVUS)。CAG可以对冠状动脉的结构和血管狭窄进行客观诊断,并可以通过三维重建获得具有空间形态结构的三维骨架,以便直接观察冠状动脉形貌特征。IVUS不仅可以对血管腔的直径、面积等参数进行精确测量,而且可以发现早期的冠状动脉粥样硬化斑块,进而对斑块的偏心距,壁厚及成分含量进行检测。融合CAG和IVUS图像数据,可以使两种方法的优势得到互补,在获得完全的冠状动脉实体模型的同时,不仅可以观察到血管段的空间位置,而且可以获得感兴趣血管段的内外膜及斑块量化数据,从而辅助临床诊断治疗。 本文的研究内容主要包括以下几个方面: 1.基于改进的Snake模型的血管内超声图像内外膜分割利用时空滤波器对IVUS图像进行图像增强。基于传统的Snake模型,通过改进内部能量函数和设计外部图像力,降低Snake函数曲线对斑块噪声和椒盐噪声的敏感度,在改善局部分割效果的同时,用贪婪法对Snake能量函数进行全局优化计算。 2.感兴趣血管段导引丝和血管骨架的三维重建及其优化提出了对感兴趣血管段导引丝三维重建的优化方法:即分别进行匹配点优化和几何变换矩阵优化。利用弦长公式设置六对初始匹配点,设计匹配点对的目标能量函数,并利用动态规划算法进行优化求解。 3. IVUS图像序列在三维导引丝上的定位计算提出了IVUS图像序列在三维导引丝上的定位方法:对导引丝序列点进行三次均匀B样条的光顺拟合,利用最佳垂平面法求取对应点的切矢量,并通过坐标变换关系,实现IVUS图像序列在导引丝上的定位。 4. IVUS图像序列在三维导引丝上的定向计算提出了IVUS图像序列在三维导引丝上的定向方法:利用空间曲线模型对相邻帧图像间的相对角度进行计算,根据匹配点对的空间几何关系求取偏心角,并用四元数和复合矩阵变换实现IVUS图像在导引丝上的准确定向。 5. IVUS图像序列与冠脉造影图像的数据融合实验利用模拟实验验证了定位、定向算法的正确性;利用临床获得的CAG和IVUS图像进行了数据融合实验,验证了融合算法的准确可行性。……   
[关键词]:冠状动脉;数据融合;三维重建;图像分割;几何变换矩阵;血管内超声
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2010年