基于Tagged MR圖像左心室運(yùn)動(dòng)分析的相關(guān)方法研究.pdf

1、帶標(biāo)記線核磁共振圖像是精確研究心肌形變以及心肌質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的重要途徑。左心室心肌的運(yùn)動(dòng)情況能夠反映心臟的泵血功能，為多種心臟疾病的診斷提供依據(jù)，因此成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文基于帶標(biāo)記線的核磁共振圖像（Tagged MR）對(duì)左心室心肌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究和分析。從標(biāo)記的檢測(cè)與跟蹤、左心室的分割、物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)的提取、左心室的運(yùn)動(dòng)重建與應(yīng)變分析四個(gè)方面著手，初步形成適用于一般圖像數(shù)據(jù)的左心室運(yùn)動(dòng)分析框架，能夠從帶標(biāo)記線的核磁共振圖像序列出發(fā)，最終得到左心室

2、在心動(dòng)周期中的3D形狀、前向運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、心肌點(diǎn)的應(yīng)變張量以及全局功能參數(shù)。本文的工作主要包括以下的內(nèi)容： 1）提出了基于改進(jìn)的主動(dòng)輪廓模型及光流分析的標(biāo)記線跟蹤方法。該方法將基于動(dòng)力學(xué)方程的主動(dòng)輪廓模型應(yīng)用于標(biāo)記線的跟蹤；針對(duì)帶標(biāo)記線的核磁共振圖像的成像特點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)了模型的各能量項(xiàng)；為了防止在跟蹤過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，利用光流估計(jì)設(shè)定模型的初始速度，對(duì)模型輪廓加以引導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)表明該方法能夠準(zhǔn)確有效地跟蹤標(biāo)記線。 2）提出了基于

3、Bayesian概率理論的標(biāo)記網(wǎng)格跟蹤方法。使用網(wǎng)格模型跟蹤標(biāo)記線網(wǎng)格；首先通過(guò)Markov隨機(jī)場(chǎng)以及EM算法將網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)按是否在心肌上進(jìn)行分類(lèi)；按照分類(lèi)的結(jié)果，對(duì)不同類(lèi)別的節(jié)點(diǎn)，按照其在跟蹤過(guò)程中所應(yīng)起到的作用，設(shè)計(jì)不同的先驗(yàn)概率及似然函數(shù)，通過(guò)最大化Bayesian后驗(yàn)概率計(jì)算網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的新坐標(biāo)，對(duì)標(biāo)記網(wǎng)格進(jìn)行跟蹤；在跟蹤過(guò)程中，利用網(wǎng)格模型的Markov性質(zhì)，考慮相鄰節(jié)點(diǎn)間的相互作用，使得網(wǎng)格模型在跟蹤過(guò)程中能夠保持拓?fù)湫螤?，拒絕過(guò)大

4、形變。 3）提出了耦合的極坐標(biāo)主動(dòng)輪廓模型，將其用于同時(shí)分割短軸圖像上的左心室心肌內(nèi)外輪廓。模型采用極坐標(biāo)表示，能夠更好地控制形狀以及內(nèi)外輪廓間的關(guān)系，并便于直接應(yīng)用初始化算法得到的左心室中心點(diǎn)及半徑信息；模型能量函數(shù)的設(shè)計(jì)綜合考慮了圖像中左心室心肌的區(qū)域、形狀以及邊緣信息；采用改進(jìn)的貪婪算法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)?nèi)外輪廓同時(shí)進(jìn)行處理，并使得最終的心肌分割結(jié)果達(dá)到亞像素精度。 4）提出了柱坐標(biāo)B樣條主動(dòng)表面（CBAS）模

5、型，將其用于3D分割左心室內(nèi)外膜表面。該模型的等參曲線網(wǎng)格由B-Snake模型組成，根據(jù)短軸、長(zhǎng)軸成像平面在3D空間中的位置關(guān)系，網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)在兩幅短軸及長(zhǎng)軸圖像上尋找對(duì)應(yīng)的邊緣點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間的采樣點(diǎn)則在單一的短軸或長(zhǎng)軸圖像上獲得圖像能量；分割過(guò)程在柱坐標(biāo)下進(jìn)行，使得模型在SA圖像及LA圖像上形狀的改變能夠統(tǒng)一為一個(gè)參數(shù)的變化，減小了模型的復(fù)雜度。 5）提出了綜合使用B-Solid模型以及薄板樣條模型的物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)提取算法。該算法基于

6、圖像數(shù)據(jù)的成像協(xié)議以及標(biāo)記數(shù)據(jù)的格式設(shè)計(jì)；利用薄板樣條曲面對(duì)無(wú)序排列的長(zhǎng)軸圖像上的標(biāo)記數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，重建垂直于長(zhǎng)軸平面的標(biāo)記面；使用B-Solid模型重建垂直于短軸平面的兩組標(biāo)記面；在計(jì)算3組標(biāo)記面交點(diǎn)的過(guò)程中，通過(guò)迭代中值法計(jì)算B-Solid模型的等參曲線與薄板樣條曲面的交點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的計(jì)算三組曲面交點(diǎn)的方法更為簡(jiǎn)單直接；采用CBAS模型分割得到左心室內(nèi)外表面，去除不在心肌上的標(biāo)記面交點(diǎn)，得到左心室的物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)。 6）提出了

7、一種基于物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)以及B-Solid模型的3D運(yùn)動(dòng)場(chǎng)重建算法，并在此基礎(chǔ)上給出了球坐標(biāo)下的心肌應(yīng)變張量以及左心室全局功能參數(shù)的計(jì)算方法。由于物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)能夠密集地反映心肌點(diǎn)的3D運(yùn)動(dòng)情況，該方法直接通過(guò)B-Solid模型及物質(zhì)標(biāo)記點(diǎn)所反映的離散3D運(yùn)動(dòng)，重建心肌運(yùn)動(dòng)場(chǎng)；為了能夠反映左心室環(huán)狀心肌和縱向心肌的收縮以及心肌壁的徑向增厚，在球坐標(biāo)下對(duì)心肌的應(yīng)變張量進(jìn)行了計(jì)算；在對(duì)左心室內(nèi)外表面進(jìn)行重建的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算左心室容積，獲得相關(guān)的全局