基于三維圖像序列的左心室分割與運(yùn)動(dòng)聯(lián)合估計(jì).pdf

1、近年來(lái)心臟疾病已經(jīng)成為了人類(lèi)健康的頭號(hào)殺手。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，心血管疾病的死亡率高居榜首。如何有效準(zhǔn)確的診斷心血管疾病已成為醫(yī)學(xué)工作者的頭號(hào)課題。從心臟機(jī)理來(lái)看，負(fù)責(zé)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(yùn)動(dòng)的異常被作為評(píng)估心臟病變的重要依據(jù)。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)創(chuàng)性的心臟觀察成為可能。特別是近年來(lái)迅速發(fā)展的心臟核磁共振影像技術(shù)已經(jīng)成為心臟疾病臨床診斷的重要輔助手段。 通過(guò)圖像分割觀察

2、心室的形態(tài)結(jié)構(gòu)，采用運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)獲取心室位移場(chǎng)及應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，從而估測(cè)左心室的整體功能及心肌的局部功能，是當(dāng)前無(wú)創(chuàng)的心臟觀察的主要技術(shù)，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(yùn)動(dòng)估計(jì)視作兩個(gè)獨(dú)立的問(wèn)題，然而實(shí)際上它們是相輔相成的。因?yàn)橐环矫?，心臟的醫(yī)學(xué)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(yùn)動(dòng)估計(jì)多數(shù)在分割結(jié)果上進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)分析的準(zhǔn)確性取決于分割結(jié)果的準(zhǔn)確性

3、。 因此本文提出三維左心室分割與運(yùn)動(dòng)聯(lián)合估計(jì)的方法，該方法對(duì)左心室分割過(guò)程和運(yùn)動(dòng)估計(jì)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一的優(yōu)化，可以同時(shí)取得合理的分割及運(yùn)動(dòng)結(jié)果。聯(lián)合估計(jì)方法以連續(xù)生物力學(xué)模型作為理論基礎(chǔ)，假設(shè)左心室為線性彈性體，在能量最小化原理的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步我們考慮到心臟本身的纖維復(fù)合材料特性。在連續(xù)生物力學(xué)模型中加入各向異性的材料約束，更真實(shí)地模擬了心臟的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。連續(xù)生物力學(xué)模型可以提供如位移、應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)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(píng)價(jià)參數(shù)。 鑒于心臟成像質(zhì)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(mǎn)意的分割結(jié)果。于是本文構(gòu)造驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)的外力為圖像信息力、形狀特征力、節(jié)點(diǎn)分布先驗(yàn)力與時(shí)間約束力的合力，即通過(guò)添加相鄰幀圖像之間的相關(guān)性、運(yùn)動(dòng)物體的形狀連續(xù)性及各種先驗(yàn)知識(shí)來(lái)輔助分割過(guò)程。這樣不僅可以得到合理的分割結(jié)果，還可以獲得連續(xù)的左心室運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。 本文還提出一種基于三維圖像序列構(gòu)造左心室?guī)缀文Ｐ偷姆椒?，在?/p>

5、臟舒張末期圖像的基礎(chǔ)上，構(gòu)建左心室?guī)缀文Ｐ妥鳛槁?lián)合估計(jì)方法的初始輪廓。針對(duì)左心室外壁輪廓相對(duì)固定但成像模糊的特點(diǎn).采用同時(shí)分割的方法在每層圖像中提取左心室的二維內(nèi)外壁輪廓，該方法需要的人機(jī)交互操作少，極大地提高了分割效率。進(jìn)一步針對(duì)心臟MR三維成像層間分辨率低于層內(nèi)分辨率的特點(diǎn)，為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)左心室?guī)缀伪硎镜牟煌?xì)度需求，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