基于四维影像之左心室功能评估及先心病智能辅助诊断的研究,医学毕业论文

发布时间：2015-02-02 16:58

第一章 绪论

目前，先心病的影像学诊断方式有：超声心动图（Echocardiography）[8]，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ，MRI）[9]，计算机断层成像（Computerized Tomography，CT）[10]。由于先心病涉及到心血管结构的异常，，临床上常用血管造影技术来增强对比度，使得心脏和血管的结构更加清晰，提高诊断的准确率[11]。临床上的影像学诊断时，一般由有经验的医生根据心脏切片图像提供的结构信息来判断是否存在畸形[12]，这种诊断方法受两方面的因素影响：一是成像技术提供的心脏图像的清晰度，二是诊断医生的经验。有研究表明，复杂先心病的结构畸形多样，诊断困难，单纯的影像学对于先心病的诊断都存在一定的误诊率[13]。随着医学影像技术的飞速发展，双源 CT(Dual-Source ComputedTomography, DSCT)以其成像速度快、成像质量高、放射剂量低的优点在法洛四联症的诊断中得到广泛应用[14]。DSCT 结合心电门控技术[15]运用于先心病的影像学诊断，提供了四维（Four Dimensional，4D）心脏 CT 图像，扫描了心动周期中 R-R 间期的多个时间点的心脏图像。在三维心脏图像的基础上提供了心脏在心动周期中的时间信息，为从新的角度辅助单纯的影像学诊断先心病，提高诊断精度提供了基础。
..........

第二章 基于时间-容积曲线的左心室功能评估

2.1 四维心脏 CT 图像的采集
收集广州军区总医院临床确诊先心病法洛四联症 12 例患者和左心室收缩功能正常的对照组 6 人的四维心脏 CT 图像，其中法洛四联症组的男性 5 人，女性7 人，年龄 1~34 岁，平均年龄 11.1 岁；正常组男性 4 人，女性 2 人，年龄 24~59岁，平均年龄 42.3 岁。扫描前，注射对比剂碘普罗胺 370mgI/ml，成年人碘普罗胺的注射速率范围在 3.5-6ml/s 之间，总剂量在 60-90ml 之间；未成年人碘普罗胺的注射速率范围在 1.2-3.0ml/s 之间，总剂量在 20-85ml 之间。碘普罗胺注射后给予所有扫描对象注射速率为 5ml/s 的生理盐水 44ml。扫描时，患者需保持静息状态，给予不能配合者水合氯醛镇静。仪器的扫描参数设置如下：120KV 的管电压， 380mA 至 400mA 的管电流，0.33s 的机床旋转时间， 64×0.6mm 的准直器宽度（心脏模式），螺距 0.2-0.43mm 且根据扫描对象的心率自动调整。扫描后采用回顾性心电门控技术将原始资料按 5％的 R-R 间期重建 0%-100%的 21 个时相的图像，重建间距为 1mm。

2.2 基于时间-容积曲线的左心室功能评估方法
基于配准的自动分割算法对四维心脏进行自动分割，分割心脏的心肌、心房、心室各种结构。首先，需要手动制作用于全心分割的模板，这个过程一般由对心脏解剖结构非常了解且辨析心脏 CT 图像中的心脏各部分影像的医生完成，手动勾画出左心室心内膜轮廓线和心外膜轮廓线，右心室心外膜线，主动脉轮廓，左心房轮廓线，以及右心房轮廓线。图 2-1 表示手动勾画的 CT 图像的切片制作的模板，其中紫红色线所包围的部分为右心室及右心室心肌组成的部分，主要原因是本文研究的四维心脏 CT 图像扫描前只有左心室造影，故右心室及右心室心肌对比度不强，肉眼难以分辨，因此将右心室和右心室心肌划为一体；蓝绿色轮廓线所包围的部分为右心房，黄色轮廓线所包围的部分为左心房，蓝色轮廓线所包围的部分为左心室心肌，绿色轮廓线所包围的部分为左心室腔，红色轮廓线所包围的部分为主动脉。

第三章 先心病智能辅助诊断方法的研究.........................23

引言.............................23

3.2 基于曲线相似度聚类的先心病智能辅助诊断方法.....................28

3.3 结果与讨论.........................29

第四章 先心病智能辅助诊断平台的构建......................................37

引言..........................37

4.1 VTK 与 MFC 联合编程的工程环境配置 ...........................37

总结与展望........................53

工作总结..........53

工作展望.............................54

第四章 先心病智能辅助诊断平台的构建

4.1 VTK 与 MFC 联合编程的工程环境配置
本文研究的 VTK 结合 Windows Visual Studio 2008 平台下的 MFC 应用程序进行编程时，采用编译工具 CMake 进行环境配置，构建一个适合 VTK 在 VisualStudio 2008 开发平台下使用的工程环境，将 VTK 和 MFC 有效地联合起来编程。CMake 是一个开源的，跨平台的高级编译配置工具，它可以根据不同的平台和编译器，生成相应的编译配置文件[72]。CMake 也有自己的语言，使用时将 CMake语句编写在 CMakeList.txt 文件中，在进行编译配置时，CMake 自动找到相应路径下的 CMakeList.txt 文件，根据命令执行任务。这样就将 VTK 和 MFC 有效的结合起来使用，接下来就可以编写 VTK 程序和 MFC 的应用程序了。如果在编程过程中涉及到新添加的 MFC 类或者其他新的头文件和源程序时，应该将这些新添加的工程文件名称添加到 CMakeLists.txt中，再用 CMake 重新配置。

4.2 VTK 的架构与运行原理
图形模型和可视化模型是 VTK 的两种模型[68]，图形模型管理 VTK 的控制三维物体重建处理的场景属性，可视化模型则管理 VTK 数据和处理流程。VTK的图形模型具有以下几大基类：控制渲染窗口个数和大小功能的 VTK 渲染窗口类 vtkRenderWindow；管理绘制对象、光源等属性的 VTK 渲染器类 vtkRenderer、控制灯光强度和位置等属性的 VTK 灯光类 vtkLight；调节虚拟照相机焦点、投影等属性的 VTK 照相机类 vtkCamera；可以设置渲染物体的特征，纹理映射等属性的 VTK 演员类 vtkActor；设置物体的反射强度，物体的绘制样式（点，线，表面），以及着色模式的 VTK 属性类 vtkProperty；负责将渲染数据映射为图形数据的VTK映射类vtkMapper 。数据对象和过程对象是可视化模型的两类对象[73]。数据对象主要包括以下数据结构：多边形数据、结构点和非结构点数据、结构网格和非结构网格。VTK 流程对象包括读入数据的源（vtkSource）、处理数据的过滤器（vtkFilter）、将处理后数据映射为图形数据的映射器（vtkMapper）。VTK 的三维绘制流程是典型的流水线结构，如图 4-1 所示，图中箭头方向代表数据流方向，该流水线各个模块的作用和相互间的联系。

.............

总结与展望

工作总结
针对上述存在的先心病诊断与左心室功能评估的问题，本文通过研究正常组和复杂先心病法洛四联症患者的 DSCT 结合心电门控技术采集的心脏 R-R 间期0%-100%的 21 个时相下的图像。在 VTK 结合 MFC 的技术平台下，在基于配准分割的基础上，设计出一套能够自动获取四维心脏 CT 图像左心室的时间-容积曲线，根据时间-容积曲线值自动获取左心室功能评估参数，并根据其形态的聚类来识别先心病的智能辅助诊断系统。本文在研究过程中解决了以下几个问题：1. 提出了利用 DICOM 图像信息提供的像素空间信息计算容积的方法，以分割部分三维轮廓线内体素容积的累计得到分割部分的容积，克服了传统Simpson 算法对轮廓线内几何形状的假设以及消除轮廓线内存在的其他组织所占的空间对轮廓线内容积计算的影响，实现分割部分容积的准确计算。

工作展望
本文在研究过程中对以后的工作有以下几个方面的设想：1. 加大研究样本，获取不同病理缺陷曲线之间的左心室时间-容积曲线的形态变化规律，建立不同病理缺陷与左心室时间-容积曲线形态定量关系模型，扩大左心室时间-容积曲线对不同心脏病理缺陷的评估和识别范围；2. 结合血流动力学分析左心室时间-容积曲线形态变化的原因，建立左心室时间容积曲线的力学关系模型，有利于心脏疾病的预前和预后的评估；3. 本文在研究过程中曾计算出对左心室心肌的时间-容积曲线，如果后续研究左心室心肌的时间-容积曲线不仅可以计算出左心室心肌的质量，而且可以利用力学原理计算出左心室心肌收缩的力度和速度，从力学因素来评估左心室功能。
.............

参考文献（略）

本文编号：11917