CT头部肿瘤图像灌注算法的设计与实现

论文摘要

CT灌注成像(CT perfusion image)技术从组织细胞和微循环水平来揭示肿瘤的病理改变,是图像处理领域的热点之一。在国内图像处理领域尚未有系统的理论研究及算法实现。本文在国家数字化医学影像设备工程技术研究中心的资助下,在头部肿瘤灌注课题研究中解决了数字去卷积关键算法,从而为头部肿瘤灌注可视化软件的开发奠定了理论基础。文中选取单血供双腔数学模型,在没有任何假设条件限制下,提出并实现了数字去卷积算法,计算血液动力学脉冲剩余函数R (t) (impulse residue function)曲线。文中用条件矩阵(regularization)保证脉冲剩余函数R(t)的平台期和衰减期；用信号处理技术中的奇异值分解(Singular Value Decomposition, SVD、TSVD、GSVD)方法,降噪和抑制脉冲剩余函数R(t)衰减期的尾部上翘；在衰减部分最小二乘法的计算过程中,用L曲线决定权重系数γ,从而得出了R(t)函数曲线。进一步计算了脑血流流量(cerebral blood flow, CBF),脑血流容量(cerebral blood volume, CBV),对比剂平均通过时间(mean transit time, MTT)和渗透系数(permeability surface, PS)等重要血液动力学参数。并利用真实头部肿瘤医学图像数据(CT)测试本算法,结果得出的渗透系数PS为1.33>1.00,确定是肿瘤组织。并在不同的噪声水平下,测试了本算法的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 理论研究背景
• 1.3 研究现状
• 1.4 主要工作及论文安排
• 1.4.1 主要工作
• 1.4.2 论文结构
• 第二章 CT灌注成像
• 2.1 CT灌注成像的基本理论
• 2.2 CT灌注成像的数学模型及方法
• 2.2.1 单腔模型
• 2.2.2 双腔模型
• 2.2.3 三腔模型
• 2.2.4 四腔模型
• 2.2.5 CT灌注成像的方法
• 2.3 CT灌注成像的参数
• 2.3.1 参数描述
• 2.3.2 病理描述
• 2.4 CT灌注函数
• 2.4.1 输入函数Ca（t）
• 2.4.2 脉冲剩余函数R（t）及模型
• 2.5 CT灌注成像的优势
• 第三章 CT灌注成像数学模型算法分析
• 3.1 最大斜率法
• 3.1.1 理论基础
• 3.1.2 算法实现的方法
• 3.2 去卷积算法
• 3.2.1 理论基础
• 3.2.2 算法实现的方法
• 3.2.3 奇异值分解（The Single Value Decomposition）
• 第四章 数字去卷积算法
• 4.1 数字去卷积算法模型分析
• 4.1.1 单血供双腔数学模型
• 4.1.2 双腔模型的数学表达式
• 4.2 离散数字化矩阵
• 4.3 构建条件矩阵
• 4.4 GSVD
• 4.5 渗透系数ps及相关参数计算方法
• 4.6 实验结果和结论
• 4.6.1 图形结果
• 4.6.2 数据结果
• 第五章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢