感兴趣血管段最佳视角和血管内超声与冠脉造影融合研究

论文摘要

冠心病是目前危害人类健康的首要疾病,冠脉造影图像是临床诊治冠心病的主要依据之一,被称为诊断冠心病的“金标准”。X射线造影成像的最大缺陷在于把血管三维空间结构重叠到二维图像上,即投影成像。由于透视投影成像导致的血管重叠和投影缩短会引起血管狭窄估计及支架选择和放置错误,而血管重叠和投影缩短与造影角度的选择有关。本文在冠状动脉树三维重建的基础上,研究了冠状动脉树中感兴趣血管段最佳视角的计算方法,感兴趣血管段在最佳视角下的定量分析能有效地提高其临床医学参数的测量精度,用于指导介入性治疗。血管内超声近年来获得了迅速发展,但是血管内超声在描述血管形态时缺少血管的三维几何信息。传统的血管内超声三维重建主要是通过把一系列的超声图像叠加起来形成一个直血管段,这种方法忽略了导管的弯曲和扭曲。本文通过血管内超声和冠脉造影的融合来获得正确的超声图像三维重建。本文的研究内容主要包括:1.满足感兴趣血管段最小投影缩短的造影角度计算提出了血管段投影缩短百分比计算公式,分别利用几何法、血管投影缩短最小化法和平面拟合法来计算满足感兴趣血管段最小投影缩短的造影角度,并对这三种方法进行了分析比较。2.感兴趣血管段最佳视角的计算提出了满足感兴趣血管段最小遮盖的造影角度计算方法,并在满足最小投影缩短的造影角度范围内寻找满足最小遮盖的造影角度,从而获得感兴趣血管段的最佳视角。3.几何变换矩阵中平移向量的优化两个不同角度投影坐标系间的几何变换矩阵是实现冠状动脉树三维重建的关键,本文利用血管分支点和端点来优化几何变换矩阵中的平移向量。4.冠状动脉树感兴趣血管段最佳视角实验分别利用临床冠脉造影图像和冠状动脉树实物模型造影图像进行实验,并通过对感兴趣血管段投影缩短及遮盖情况进行分析来评价最佳视角计算方法的正确性。5.血管内超声与冠脉造影融合初步研究本文提出了结合动态规划和Snake模型提取血管内超声图像边缘的方法。在对超声图像进行三维重建时,利用Frenet-Serret标架确定超声图像各相邻帧间的相对方位,利用非迭代统计优化方法确定超声图像序列的绝对方位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 冠状动脉的解剖结构
• 1.1.2 冠心病现状与治疗
• 1.1.3 冠脉造影
• 1.1.4 血管内超声
• 1.2 本课题的研究目的和意义
• 1.3 本课题的国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 造影系统原理及血管二维信息提取
• 2.1 诊断冠心病常用方法
• 2.2 X 射线成像
• 2.2.1 X 射线成像原理
• 2.2.2 X 射线血管造影术
• 2.2.3 X 射线成像方法
• 2.2.4 X 射线图像特点
• 2.3 冠状动脉造影系统
• 2.3.1 造影系统的原理
• 2.3.2 造影系统的分类
• 2.3.3 造影角度
• 2.4 造影图像的预处理及血管二维信息提取
• 2.4.1 造影图像预处理
• 2.4.2 血管二维信息提取
• 2.5 本章总结
• 第三章 冠状动脉树中感兴趣血管段最佳视角的研究
• 3.1 感兴趣血管段最佳视角的定义
• 3.2 感兴趣血管段投影缩短百分比计算
• 3.3 满足感兴趣血管段最小投影缩短的造影角度计算
• 3.3.1 几何法
• 3.3.2 血管投影缩短最小化法
• 3.3.2.1 冠状动脉树的三维重建方法
• 3.3.2.2 几何变换矩阵的优化
• 3.3.2.3 感兴趣血管段三维骨架的B 样条拟合
• 3.3.2.4 满足感兴趣血管段最小投影缩短的造影角度计算
• 3.3.2.5 血管投影缩短最小化法实验
• 3.3.3 平面拟合法
• 3.3.3.1 基于最小二乘法的平面拟合
• 3.3.3.2 最佳平面拟合
• 3.3.3.3 两种平面拟合法的拟合精度比较
• 3.3.3.4 平面拟合法实验
• 3.3.4 三种计算方法的比较
• 3.4 满足感兴趣血管段最小遮盖的造影角度计算
• 3.4.1 血管遮盖的定义
• 3.4.2 感兴趣血管段最小遮盖的计算
• 3.4.3 感兴趣血管段最佳视角的计算
• 3.4.4 满足感兴趣血管段最小遮盖的造影角度实验
• 3.5 本章总结
• 第四章 感兴趣血管段最佳视角实验
• 4.1 冠状动脉树的投影图像显示
• 4.1.1 OpenGL 成像过程
• 4.1.2 造影系统的透视投影原理和OpenGL 中的透视投影原理
• 4.1.3 冠状动脉树的投影图像显示实例
• 4.2 临床造影图像实验
• 4.2.1 实验实例1
• 4.2.2 实验实例2
• 4.2.3 实验实例3
• 4.3 冠状动脉树实物模型造影图像实验
• 4.4 实验误差分析
• 4.5 本章总结
• 第五章 血管内超声与冠脉造影融合的初步研究
• 5.1 造影图像中导管路径的提取和三维重建
• 5.2 血管内超声图像的获取
• 5.3 血管内超声图像的边缘提取
• 5.3.1 Snake 模型边缘检测原理
• 5.3.2 Snake 模型的求解
• 5.4 血管内超声与冠脉造影的融合
• 5.4.1 相邻帧超声图像间相对方位的确定
• 5.4.2 超声图像序列绝对方位的确定
• 5.5 血管内超声和冠脉造影融合结果的显示
• 5.6 本章总结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 论文主要研究内容
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢