实时三维超声心动图中二尖瓣提取与分析

论文摘要

二尖瓣病变是心血管病中最常见的疾病之一。例如,二尖瓣关闭不全造成二尖瓣返流,将使心脏向人体脏器供血不足,直接威胁到人体的各项功能调节。随着医学的发展,对二尖瓣的修复与置换取得了很大进步,对二尖瓣返流严重程度的评价在二尖瓣疾病手术规划中显得尤为重要。目前,基于实时三维超声心动图多普勒成像的二尖瓣检查成为返流评价最重要的工具,它操作简便、无副作用。然而,临床上尚没有一个准确的常规检查标准来评价二尖瓣返流的严重程度,大部分医生仍是根据彩色多普勒显示的返流面积,凭借经验或用半定量的方法判断返流的严重程度。本文研究实时三维超声心动图中二尖瓣的提取与可用于二尖瓣返流严重程度评价的若干参数测量与分析:首先,为能够观察到心脏三维实体内部结构并定位二尖瓣,采用三维纹理映射的直接体绘制方式实现动态立体心脏显示,实现心脏三维实体可视化。动态心脏三维可视化基础上,在一个心动周期内选择具有典型特征的帧,每帧3维体数据中采用人机交互方式在二尖瓣根部分别从长轴切片矢状方向和冠状方向选取约束点用于构造包含二尖瓣的柱状区域。该柱状区域的构造方法为用一空间平面拟合不在同一个平面上的约束点,求出平面法线方向,并以此作为柱体方向,构造3D掩模板。之后,将3D柱状掩模板作为区域约束项加入测地活动轮廓模型,在level set框架下分割提取二尖瓣。最后,本文研究在提取的二尖瓣基础上,自动量化二尖瓣几何参数:二尖瓣开口面积,瓣环面积等。通过对大量三维超声瓣膜进行实验,结果表明本研究算法能够取得良好的分割效果,准确提取三维心脏二尖瓣,在此基础上计算的二尖瓣几何参数在二尖瓣返流严重程度评价中具有一定临床应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 心脏二尖瓣的病生理结构
• 1.1.1 心脏的结构及血液流通
• 1.1.2 二尖瓣结构及病变
• 1.2 二尖瓣疾病的实时三维超声诊断
• 1.2.1 三维超声扫描技术
• 1.2.2 实时三维超声心动图与二维矩阵换能器
• 1.2.3 实时三维超声在二尖瓣疾病诊断中的应用
• 1.3 本文工作及章节安排
• 第二章 基本理论
• 2.1 DICOM 医学图像文件格式解析
• 2.1.1 DICOM3.0 标准的产生
• 2.1.2 DICOM 格式图像文件解析
• 2.2 曲线曲面造型理论基础
• 2.2.1 B-样条曲线和曲面
• 2.2.2 NURBS 曲线和曲面
• 2.3 三维空间数据场的可视化
• 2.3.1 OpenGL 的渲染流水线
• 2.3.2 GLU NURBS 接口
• 2.3.3 纹理映射
• 2.4 水平集方法
• 2.4.1 水平集理论
• 2.4.2 水平集函数
• 2.4.3 水平集数值解
• 2.4.4 水平集快速算法
• 2.5 测地活动轮廓模型
• 2.6 实时三维超声成像原理
• 2.6.1 换能器的结构
• 2.6.2 实时三维显示的“瓶颈”及其应对措施
• 2.6.3 检查方法
• 第三章 二尖瓣提取与分析软件模块设计
• 3.1 算法设计流程
• 3.1.1 分割提取
• 3.1.2 二尖瓣几何参数量化
• 3.2 原始图像解码
• 3.3 三维心脏实体可视化
• 3.4 人机交互构造区域约束项
• 3.5 加入区域约束项的GAC
• 第四章 实验结果
• 4.1 三维纹理映射渲染心脏体
• 4.2 二尖瓣分割提取
• 4.3 二尖瓣参数量化结果
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文