基于三維圖像序列的左心室分割與運動聯(lián)合估計.pdf

1、近年來心臟疾病已經(jīng)成為了人類健康的頭號殺手。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，在西方發(fā)達國家，心血管疾病的死亡率高居榜首。如何有效準確的診斷心血管疾病已成為醫(yī)學工作者的頭號課題。從心臟機理來看，負責供血到全身各器官的左心室是心臟中最重要的部分。因此其形態(tài)和運動的異常被作為評估心臟病變的重要依據(jù)。隨著醫(yī)學影像技術的飛速發(fā)展，無創(chuàng)性的心臟觀察成為可能。特別是近年來迅速發(fā)展的心臟核磁共振影像技術已經(jīng)成為心臟疾病臨床診斷的重要輔助手段。 通過圖像分割觀察

2、心室的形態(tài)結構，采用運動估計技術獲取心室位移場及應力應變場，從而估測左心室的整體功能及心肌的局部功能，是當前無創(chuàng)的心臟觀察的主要技術，在臨床輔助診斷中有重要的意義。雖然大多數(shù)研究工作都將基于圖像序列的左心室分割和運動估計視作兩個獨立的問題，然而實際上它們是相輔相成的。因為一方面，心臟的醫(yī)學成像噪聲較大且伴有偽影.給基于圖像的左心室分割造成了極大的困難；另一方面，左心室的運動估計多數(shù)在分割結果上進行，運動分析的準確性取決于分割結果的準確性

3、。 因此本文提出三維左心室分割與運動聯(lián)合估計的方法，該方法對左心室分割過程和運動估計過程進行統(tǒng)一的優(yōu)化，可以同時取得合理的分割及運動結果。聯(lián)合估計方法以連續(xù)生物力學模型作為理論基礎，假設左心室為線性彈性體，在能量最小化原理的驅動下運動。進一步我們考慮到心臟本身的纖維復合材料特性。在連續(xù)生物力學模型中加入各向異性的材料約束，更真實地模擬了心臟的實際運動情況。連續(xù)生物力學模型可以提供如位移、應力應變等力學參數(shù)，為左心室整體功能及心肌

4、局部功能的臨床診斷提供了更為豐富的評價參數(shù)。 鑒于心臟成像質量較差，僅僅采用基于圖像的傳統(tǒng)分割算法難以得到令人滿意的分割結果。于是本文構造驅動模型運動的外力為圖像信息力、形狀特征力、節(jié)點分布先驗力與時間約束力的合力，即通過添加相鄰幀圖像之間的相關性、運動物體的形狀連續(xù)性及各種先驗知識來輔助分割過程。這樣不僅可以得到合理的分割結果，還可以獲得連續(xù)的左心室運動場。 本文還提出一種基于三維圖像序列構造左心室?guī)缀文Ｐ偷姆椒?，在?/p>

5、臟舒張末期圖像的基礎上，構建左心室?guī)缀文Ｐ妥鳛槁?lián)合估計方法的初始輪廓。針對左心室外壁輪廓相對固定但成像模糊的特點.采用同時分割的方法在每層圖像中提取左心室的二維內外壁輪廓，該方法需要的人機交互操作少，極大地提高了分割效率。進一步針對心臟MR三維成像層間分辨率低于層內分辨率的特點，為滿足用戶對左心室?guī)缀伪硎镜牟煌毝刃枨?，提出采用基于形狀的輪廓插值方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖像插值方法，有效的保持了左心室的形狀特征。 在數(shù)值方法上，本文分別