颈动脉超声图像内中膜厚度提取及系统实现

发布时间：2020-08-14 22:16

【摘要】：动脉粥样硬化逐渐成为威胁人们身体健康的高危疾病之一。由于动脉粥样硬化的治愈率低,复发率高,及时发现和诊断该疾病对预防病情恶化具有重要意义。颈动脉的内中膜厚度(Intima-Media Thickness,IMT)是动脉粥样硬化的一项重要指标。目前,超声成像技术在临床中已经得到了广泛的应用,首先需要获取颈动脉血管的超声图像,但是由于超声图像中的脉冲噪声和特有的斑点噪声(Speckle),使颈动脉内中膜厚度提取变得十分困难。并且在医师手动测量颈动脉的IMT时,如果测量的数据庞大,不仅费时费力,而且通常情况下由于测量者的不同测量习惯,得出的结果可能会存在偏差。为了解决超声图像中的脉冲噪声和特有的斑点噪声这一问题,本文对中值滤波和小波变换分别进行了研究,发现它们都不能很好的去除超声图像中的噪声。为此,本文首先对中值滤波进行改进,研究出改进的极值中值滤波算法,再与小波变换相结合得到新型滤波算法。本文提出的改进的极值中值滤波和小波变换相结合的新型滤波算法用于图像去噪,这种结合两种图像去噪算法进行图像去噪可以很好的保留图像的边缘信息,对去除超声图像中的噪声具有很好的效果。为了准确地提取出颈动脉的IMT,本文对仿真数据和临床数据分别进行了分析研究,借助Field II仿真平台获得颈动脉血管超声仿真图像。同时,对临床颈动脉的超声射频回波信号也进行了各方面的研究,借助MATLAB超声仿真获得颈动脉的射频图像、包络图像以及超声图像。在研究分析了颈动脉超声图像的特点和现有方法的优缺点基础之上,我们发现传统的Snake模型不可以提取狭窄和深凹区域图像的正确轮廓,图像分割不够准确,存在一定的局限性。为此,本文对传统的Snake模型进行了改进,研究出改进的GVF-Snake模型进行图像分割以提取颈动脉的IMT。梯度矢量流(GVF)的外力场可以大大改善内中膜边缘轮廓的检测,从而实现内中膜边缘的准确提取。首先使用传统的Snake模型找出内膜的初始轮廓曲线,再用改进的GVF-Snake模型使初始轮廓收敛到内膜边缘,将内膜边缘的分割结果向下平移到中膜的轮廓附近作为中膜的初始轮廓,再使用改进的GVF-Snake模型使初始轮廓收敛到中膜边缘。实验结果表明,本文采用改进的GVF-Snake模型能够准确地提取出颈动脉超声图像的内中膜厚度。此外,本文利用图形用户界面(GUI)设计开发了颈动脉超声图像系统,使用者可以根据自身需要,自由选择想要测量的颈动脉血管超声回波射频信号。本研究可以显著提高医师对颈动脉血管病变的诊治,为分析病情提供了便利,对未来颈动脉血管的研究有着及其重要的意义。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R543.4;R445.1;TP391.41
【图文】：

心血,颈动脉,人体

厚度（ＩＭＴ）直接相关［４］。心脑血管疾病的病理特征表现为内中膜增厚，它是预测心逡逑脑血管疾病的重要指标。因此，对颈动脉内中膜厚度的分析具有重要意义。逡逑颈总动脉位于人体的颈部，它是连接心脏和大脑的重要输血通道，如图１．１所逡逑示。正常人体的颈动脉管壁有三层膜：内膜是与血流相接触的最薄一层，主要包逡逑含蛋白聚糖和胶原蛋白的结缔组织；中膜最厚，主要含有平滑肌细胞；外膜厚度逡逑居中，与血管周边组织接触，主要包含结缔组织、纤维细胞和平滑肌细胞。当血逡逑液流经颈动脉的弯曲、分叉和颈动脉窦部时，通常会受到非水平状态的影响，内逡逑膜受损并形成微小的病变，形成动脉粥样硬化。由于疾病的位置和程度不同，动逡逑脉粥样硬化具有不同的临床特征。动脉粥样硬化在整个病变过程中是无症状和慢逡逑性的，但其形成的斑块有部分可能会破裂产生血栓，当它流入大脑时，会导致大逡逑脑血管堵塞和缺血性脑血管疾病［５］［６］。因此，预防、检测和治疗动脉粥样硬化是一逡逑项非常重要的任务。然而

超声心动图,图像,横轴

度越高；相反，回波信号越弱，光斑的亮度越低。该点的声阻抗特性可以通过点的亮暗程度来显示。因此，本文主要是对Ｂ超图像进行研究处理。逡逑（３）逦Ｄ型（Ｄｏｐｐｌｅｒ邋Ｍｏｄｅ）超声。基于超声多普勒效应，Ｄ型超声通常用于检器官和血流的运动状态。该方法不仅可以确定血管是否通畅无阻、管腔是否狭以及病变的位置，而且最新的Ｄ型超声还可以测量腔内血流的流速。在此基础上，逡逑研宄人员又开发了一种彩色编码的多普勒超声系统。该系统以不同颜色显示血的方向，颜色深度表示血流速度。同时，它还可以评价血流的性质，并获得血动力学参数，如最大速度、平均速度和阻力指数。逡逑（４）逦Ｍ型（ＭｏｔｉｏｎＭｏｄｅ）超声。结合Ａ型超声和Ｂ型超声的优点，Ｍ型超声可很好的显示人体组织和器官的运动状态。因此，Ｍ型超声常用于心脏的检测，通称为超声心动图。Ｍ型超声使用亮度调制，将探头放置在固定位置来发射和接收声波。逡逑２．１．２颈动脉超声图像逡逑

超声图像,图像,短轴,长轴

在颈动脉超声成像的临床应用中十分常见。由于超声探头检测的位置不同，我们逡逑可以获得长轴图像和短轴图像。当超声探头沿血流方向发射超声波，将获得长轴逡逑图像，如图２．１所示；当超声探头垂直血流方向发射超声波，将获得短轴图像，如逡逑图２．２所示。由上图我们可以看出，长轴图像中的颈动脉内中膜呈带状，我们可以逡逑看到管腔到外膜的组织结构；短轴图像中的颈动脉内中膜呈环状，我们仅可以看逡逑到一个横截面。因此，我们对超声图像的研究都是采用长轴图像。如图２．１所示，逡逑血管前壁的Ａ、Ｂ和Ｃ区域不如血管后壁的Ｄ、Ｅ和Ｆ区域图像清晰。因此，我们可逡逑以在长轴图像的后壁上进行颈动脉超声图像内中膜分割。颈动脉一般由血管腔、逡逑内膜、中膜和外膜组成，离血管腔最近的是内膜，靠近内膜的是中膜，再往外就逡逑是外膜。超声波可以通过中膜而不产生回波，因此在图像中看起来是较暗的细线。逡逑外膜具有强大的超声反射能力，并且在图像中显示为较亮的区域。逡逑２．２图像去噪逡逑２．２．１图像去噪定义及常用算法逡逑通常情况下图像中的噪声是随机分布的

【参考文献】