基于非局部均值的血管內(nèi)超聲序列運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法研究.pdf

1、腹主動(dòng)脈瘤是最常見(jiàn)的動(dòng)脈瘤之一，是一種嚴(yán)重威脅人類生命的大血管疾病。覆膜支架腔內(nèi)隔絕術(shù)是目前治療常規(guī)型腹主動(dòng)脈瘤的最佳選擇。然而，由于特殊型腹主動(dòng)脈瘤不滿足安置覆膜支架的臨床要求，常規(guī)的覆膜支架腔內(nèi)隔絕術(shù)會(huì)封閉重要器官的血管入口，最終導(dǎo)致重要器官的衰竭。而定做帶有分支的支架則有價(jià)格貴、定做周期長(zhǎng)以及臨床操作難度大等問(wèn)題。因此，本文首先提出了利用血管內(nèi)超聲(Intravascular Ultrasound:IVUS)精確定位被覆膜支架覆蓋

2、的重要?jiǎng)用}分支入口，然后再使用激光進(jìn)行開(kāi)窗以解決重要分支動(dòng)脈被覆膜支架阻隔的問(wèn)題。
　　然而，在IVUS成像過(guò)程中，由于心臟搏動(dòng)以及導(dǎo)管的旋轉(zhuǎn)，IVUS序列圖像往往存在運(yùn)動(dòng)偽影，直接影響到醫(yī)生對(duì)于血管分支入口直徑測(cè)量，對(duì)分支血管入口的判斷產(chǎn)生不利影響，給醫(yī)生采用激光介入治療帶來(lái)困難。另外，運(yùn)動(dòng)偽影也會(huì)直接影響到血管內(nèi)斑塊的測(cè)量以及三維顯示效果。IVUS序列圖像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)旨在解決IVUS序列圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影，為醫(yī)生提供更加精確的

3、血管內(nèi)三維結(jié)構(gòu)信息，有助于醫(yī)生準(zhǔn)確無(wú)誤地判斷分支血管入口。此外，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)還可以為斑塊以及血管彈性測(cè)量提供精確的信息。因此，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)不但是本論文迫切需要解決的技術(shù)難題，而且具有廣泛的臨床應(yīng)用價(jià)值。
　　目前，IVUS序列圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法主要是基于門控、動(dòng)力學(xué)建模、模板匹配或者光流等。其中，門控法在一個(gè)心動(dòng)周期只能采集一幅圖像；動(dòng)力學(xué)建模無(wú)法提供精確的旋轉(zhuǎn)角估計(jì)結(jié)果；模板匹配會(huì)受到圖像灰度變化的影響；而光流法需要IVUS序列圖

4、像滿足血管中心不發(fā)生位移的條件。因此在實(shí)際應(yīng)用中，四種方法的結(jié)果并不理想。本文針對(duì)IVUS運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的難點(diǎn)，結(jié)合醫(yī)生的臨床需求，研究基于非局部均值的IVUS序列圖像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先研究了基于非局部均值的IVUS圖像降噪技術(shù)：針對(duì)IVUS圖像中斑點(diǎn)噪聲特性，提出了一種基于權(quán)重更新的非局部均值去斑點(diǎn)噪聲方法。方法針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的圖像斑點(diǎn)噪聲模型，采用貝葉斯理論，推導(dǎo)出一種適合于斑點(diǎn)噪聲的權(quán)值計(jì)算公式，并利

5、用主成分分析方法(Principal Component Analysis: PCA)將其投影至PCA子空間并迭代更新權(quán)值，迭代過(guò)程可自動(dòng)終止。該方法能夠顯著地去除 IVUS斑點(diǎn)噪聲，提高了圖像的對(duì)比度。
　　其次研究了基于非局部均值的IVUS序列圖像粗運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)：通過(guò)對(duì)IVUS導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)的建模，將其分為由于導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及由于血流脈搏而導(dǎo)致的導(dǎo)管相對(duì)圖像中心的偏移，并且結(jié)合了中膜的橢圓特性，提出了一種基于中膜檢測(cè)的粗

6、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。該方法通過(guò)一種非局部SUSAN邊緣檢測(cè)算子以及對(duì)感興趣區(qū)域的控制點(diǎn)進(jìn)行橢圓擬合來(lái)確定中膜的位置，進(jìn)而利用前后幀中膜的擬合參數(shù)來(lái)對(duì)平移和旋轉(zhuǎn)參數(shù)初始值進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)時(shí)間維的參數(shù)進(jìn)行一維非局部均值獲取最終補(bǔ)償參數(shù)，繼而完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。該方法簡(jiǎn)單、快速，并且相對(duì)于前人的方法更具有普適性，能夠適應(yīng)不同情況下的IVUS圖像；
　　最后研究了基于非局部均值的IVUS序列圖像精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)：針對(duì)粗運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法對(duì)于旋轉(zhuǎn)參數(shù)提取不夠精