小兒先心病超聲圖像的虛擬內(nèi)窺鏡關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、先天性心臟病是一種較為常見的兒科類疾病，同時也是嚴重危及嬰幼兒生命的主要病癥之一。已有的臨床診斷方法，大都是基于傳統(tǒng)的二維超聲成像技術(shù)對先心病進行診斷，難以提供較為全面的患兒影像信息。
　　 為了改善臨床診斷的準確性與可靠性，我們設(shè)計、開發(fā)了一套基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，以期為醫(yī)生提供一種針對小兒先心病的有效的輔助診斷工具。研究中，我們通過與上海兒童醫(yī)學中心、上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院合作，對如何將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到

2、小兒先天性心臟病的定性和定量診斷方面進行了探索。
　　 斑點噪聲是超聲圖像中的固有現(xiàn)象。斑點噪聲的存在降低了超聲圖像的視覺質(zhì)量。為基于超聲圖像的醫(yī)學診斷環(huán)節(jié)帶來諸多的不利影響。因此，對醫(yī)學超聲圖像進行預處理將會對后續(xù)的虛擬現(xiàn)實可視化過程產(chǎn)生重要的影響。
　　 本論文的主要工作分為以下幾個方面：
　　 (1)在圖像降噪環(huán)節(jié)中，我們設(shè)計了一種新的針對超聲圖像的閾值降噪方法，這種方法使用了曲線波變換的多尺度特性和多方向

3、性。在降噪閾值的確定過程中，利用無偏風險估計準則，并結(jié)合曲線波系數(shù)的鄰域信息，提出了一種曲線波域最優(yōu)閾值的降噪模型。實驗表明，本文的降噪模型在對超聲圖像中的噪聲進行有效抑制的同時，能夠?qū)τ趫D像中的邊緣細節(jié)信息進行較好的保持。
　　 (2)在圖像的分割環(huán)節(jié)，我們提出了一種拓撲導數(shù)尋優(yōu)與區(qū)域融合策略相結(jié)合的超聲圖像分割方法。首先使用區(qū)域融合技術(shù)，并結(jié)合圖像的梯度信息對圖像進行初始的預分割，預分割后的圖像被劃分為一系列具有勻質(zhì)化特征的

4、子區(qū)域。再利用拓撲導數(shù)的原理，將圖像的分割問題轉(zhuǎn)化為代價泛函的最優(yōu)化求解過程，對前述的預分割的結(jié)果進行細化分割。經(jīng)過實驗驗證，本文的分割方法能夠?qū)崿F(xiàn)對于心臟超聲圖像、尤其是圖像中的瓣膜區(qū)域進行較好的分割。
　　 (3)為了消除在圖像的采集過程中，由于患兒運動而產(chǎn)生的偽影。研究中我們使用了一種基于三維剛體變換的圖像配準方法對心臟超聲圖像進行配準，以消除圖像中的運動偽影。我們將圖像的梯度信息與區(qū)域互信息相結(jié)合，作為配準過程中的相似性

5、度量參數(shù)，同時使用粒子群算法對配準參數(shù)進行求解。結(jié)果顯示，這種配準方法能夠?qū)τ趫D像中的運動偽影進行有效的消除。
　　 (4)研究中，我們對于虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的功能進行了擴充，增加了多視角顯示和三維測量的功能，以期為臨床醫(yī)生提供更為全面的輔助診斷信息。同時，我們選取了16例小兒房間隔缺損(ASD)病例數(shù)據(jù)，對其進行三維可視化顯示，對虛擬顯示后的ASD面積、最大徑和最小徑進行了測量并與臨床三維超聲心動圖的測量結(jié)果進行了比對。結(jié)果表明：