冠脉造影图像的二维信息处理及三维重建研究

作     者：周奕 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹治国

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：冠脉造影 血管分割 骨架提取 直径提取 三维重建 三维重建优化 

摘      要：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,但基于二维造影图像的传统诊治方法存在很大的局限性。血管的三维重建技术不仅能为医生提供形象、直观的三维血管形状图像,而目可以辅助测量血管的有关参数(如直径大小、血管长度和截面积等),从而有助于冠心病的诊断和治疗。本文主要研究冠脉造影图像的血管提取、骨架和血管直径信息提取及三维重建和三维重建优化。 血管分割是冠脉造影图像处理中的一个难点。本文充分利用血管的运动、形状、尺度、灰度四方面的信息对冠状动脉造影图像进行分割。借助于背景组织的缓慢运动和目标动脉的剧烈运动,高通频域滤波器被选作用于减弱噪声并且增强血管。随后,改进的形态学方法和相对阈值比较被用来去除接近于静止的噪声并提取出动脉树。对多个造影图像序列进行实验后,证明本文的方法能够从低信噪比造影图像中自动地提取整支动脉树,对于细小血管部分或者血管末尾部分也有很好表现。 在分割出二维血管的结果基础上,本文采用形态学细化方法提取了心血管的骨架并用8连通链码加以数学表达;采用垂直线提取法和圆盘滚动法提取出了血管的直径。本方法经实验验证,对于二值血管图有着很好的效果。 在三维重建方面,首先研究了冠脉造影系统的几何模型以及空间中的三维坐标变换,进一步推导出在已知造影角度时点的三维重建方法。随后通过B样条拟合有限的三维点,插值出更多的血管点,使三维骨架连续,具有很好的可视性并减少了计算量。 最后是重建优化方面,采用自适应模拟退火优化方法对造影系统的外参进行优化。该方法优化时间效率高,优化结果相比于优化之前有很大提高。