三維心臟超聲圖像分割與應(yīng)變估計.pdf

1、根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計資料顯示，近年來心臟疾病的死亡率逐年增長，成為威脅人類健康的頭號殺手。如何快速準(zhǔn)確的診斷并預(yù)防心臟疾病已經(jīng)成為了人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，也是醫(yī)學(xué)工作者所面臨的巨大挑戰(zhàn)。從解剖學(xué)知識來看，在心臟系統(tǒng)中，左心室是負(fù)責(zé)全身供血的主要器官，其形態(tài)和運(yùn)動的異常將會給人體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶來極大的影響，是心臟病變的重要依據(jù)。隨著醫(yī)療科技的發(fā)展，由于醫(yī)用超聲探測對人體的無創(chuàng)性、實(shí)時性和價格低廉等特點(diǎn)，心臟超聲成像已經(jīng)成為了診斷心臟疾病的

2、重要手段。
　　通過對于超聲圖像三維分割觀察左心室的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并且采用非剛性配準(zhǔn)方法獲取一個心動周期內(nèi)做心室位移場從而估計應(yīng)變的方式，可以實(shí)現(xiàn)對左心室的整體功能以及心肌的局部變化進(jìn)行相關(guān)性評定，進(jìn)而輔助診斷潛在的心室肥大、心室衰竭、冠心病等心室疾病。雖然大部分的研究工作都將左心室超聲圖像的三維分割和應(yīng)變估計看作是兩個獨(dú)立的問題，然而將它們進(jìn)行聯(lián)合分析將會得到更準(zhǔn)確的診斷信息。
　　因此本文首先提出改進(jìn)的三維形變模型超聲圖像分

3、割算法實(shí)現(xiàn)左心室三維分割。該算法使用區(qū)域生長和移動立方體方法構(gòu)建初始網(wǎng)格模型，降低初始輪廓對于形變模型的干擾，同時由于初始網(wǎng)格模型足夠接近于真實(shí)邊界，可以在形變過程中默認(rèn)已經(jīng)達(dá)到全局最小化，只考慮局部最小化形變，減少計算時間。改進(jìn)的三維形變模型結(jié)合基于區(qū)域分割和邊界分割算法的優(yōu)勢，是一種混合分割算法。在這個分割框架中，首先使用各向異性擴(kuò)散濾波器進(jìn)行降噪處理，在此基礎(chǔ)上使用二維投影的區(qū)域生長算法對左心室進(jìn)行粗分割，然而二值區(qū)域出現(xiàn)孔洞且邊

4、界不連續(xù)現(xiàn)象，通過形態(tài)學(xué)操作進(jìn)行處理得到比較精確的三維心肌二值模塊。在此基礎(chǔ)上使用移動立方體方法構(gòu)建表面三維網(wǎng)格模型，作為形變模型的初始輪廓。最后使用三維參數(shù)形變模型，在內(nèi)外力的共同驅(qū)使下引導(dǎo)網(wǎng)格模型向目標(biāo)物體的真實(shí)邊界運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)分割的目的。本文通過大量的實(shí)驗選取最優(yōu)化參數(shù)組合，并通過構(gòu)造灰度信息引導(dǎo)的氣球力阻礙邊界的過分割現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)精確的三維超聲圖像分割。然后通過對于左心室腔體體積的定量測量，為臨床診斷提供重要的參數(shù)。
　　本文

5、以心動周期內(nèi)左心室第一幀圖像的三維分割作為參考模型，利用基于微分同胚非剛性配準(zhǔn)算法實(shí)現(xiàn)對于后續(xù)圖像配準(zhǔn)，獲取心室位移場，從而實(shí)現(xiàn)對于應(yīng)變估計。微分同胚非剛性配準(zhǔn)算法采用B樣條形變速度場，該算法能量函數(shù)有兩項:圖像的相似性和正則化規(guī)則。圖像的相似性測度是每幅圖像和參考圖像的灰度方差總和，正則化規(guī)則是基于心肌組織的不可壓縮性的軟限制。實(shí)驗通過對于健康人一個心動周期內(nèi)16幀圖像進(jìn)行應(yīng)變估算，實(shí)現(xiàn)對于左心室的整體功能以及心肌局部變化的相關(guān)性評定