超声心脏图象的多维多参数功能重建

发布时间：2020-08-09 09:09

【摘要】： 心脏病的准确诊断和治疗具有重大的社会意义。现有的超声图象三维重建技术只限于描述三维及动态三维解剖结构，不能对动态心脏功能作出准确有效的评价。本论文在实现解剖结构的精确重建的基础之上，结合多普勒超声成象技术和超声医学图象的三维重建技术，实现超声心脏图象的多维多参数功能重建。 首先，作为研究的基础，实现了一个超声心脏图象解剖结构的三维和动态三维重建系统。该系统由原始图象获取、滤波、感兴趣区域提取、插值和体视化等步骤组成。利用多平面经食管的方法获取原始B-Scan超声心脏图象，并同步记录心电图。根据超声图象中Speckle噪声的特点，选择了自适应加权中值滤波器来进行滤波，该方法可以有效滤除超声图象中的Speckle噪声并同时保留细节信息。从滤波后的图象中提取出感兴趣区域后，将其在空间按原始图象获取角度重新组织，并根据多平面经食管图象获取方法的特点，利用三维直接匹配插值算法得到规则体数据。使用级联的三维中值滤波器和三维高斯滤波器对此体数据滤波后，进行体视化就可以显示三维重建的结果，本论文中实现了面绘制和体绘制两种体视化方法。对面绘制方法，主要研究了基于活动轮廓模型的心脏轮廓的自动提取问题；对体绘制方法，主要研究了动态三维重建的实现问题。体外模型和临床实验的重建结果证明了系统的有效性。 然后，通过对多普勒超声医学图象中图象叠加原理和Color Bar的分析，从多普勒超声图象中分离出灰度的解剖结构和彩色编码的功能参数。并采用人工神经网络与查找表相结合的方法，实现了从彩色编码信息到原始功能参数值的还原映射问题。该方法既可以达到较高的映射精度，又可以达到较高的映射速度，适合在超声医学图象多维多参数功能重建中使用。 最后，结合超声心脏图象的三维重建技术和多普勒超声成象技术，并解决了关键的矢量插值和融合显像问题，创新性地实现了超声心脏图象的多维多参数功能重建。从多普勒血流图中分离出血流运动的速度信息和解剖结构 四川大学博土学位论文 信息，分别进行三维重建，并将重建结果进行三维融合显像，从而显示血流 在心腔内的充盈以及运动情况。从多普勒组织图象中提取出解剖结构和速度、 加速度与能量等功能参数值，分别进行三维重建，并将各功能参数的重建结 果与其对应的解剖结构进行三维融合显像。该重建结果可以显示心脏各部位 的活动方向、速度、激动程序，形象地观察心壁活动状态、起搏点位置和传 导的顺序。临床人体实验的结果表明重建结果中解剖结构与功能参数之间的 空间位置关系正确，与心脏运动真实情况相符，能够提供医疗诊断中极有价。4 值的信息。 本论文研究成果己通过四川省科技厅主持的专家鉴定，认为该成果填补 了国内外空白，达到国际领先水平，具有明显的创新性。
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：R445.1
【图文】：

在声波传播速度一定的情况下，可以通过计算声波从发射器到接收器之间的时间差来计算发射器与各接收器之间的距离，又由于各接收器的位置固定，则可以推算出探头的空间位置和取向，如图1.2a所示。在该方法中，必须注意声接受器的固定位置，以避免接收到反射声波，并保证接收声波的信噪L匕[37]。电磁传感扫描技术(Free一hand3Dseanningwithmagneticfieldsensors):自由臂扫描中最常用的方法是使用电磁场传感器技术，电磁传感系统一般由电磁场发生器、空间位置传感器和微处理器三部分组成。电磁场发生器被安放在患者身旁，并在微处理器控制下向整个X、Y、Z空间发射电磁波，产生一个空间不等强电磁场，空间位置传感器被固定在探头上，操作者象常规超声检查一样，手持带有空间位置传感器的探头进行随意扫描时，通过传感器感知的局部电磁场在三维方向的强度

法获取原始图象。基于实验条件的限制，我们没有使用心电和呼吸触发技术，而是在获取原始图象的时候同步记录心电图，以心电图为标准进行时间定位，以多平面经食管超声提供的角度信息进行空间定位183一84]。图2.2所示为一幅典型的旋转扫描超声心动图，从，1，可以观察到时阳!和空间信息。Rotatio:lalangleSa一neti一nePhaseintheeleetroeardiogra一11图2.2原始旋转扫描超声心动图及其与心电图和旋转角度之间的关系Fig.2.2Origi一lalrotatiorlalscanningeclloeardiogranla一lditsrelatio一lshiPwitheleetrocardiogra一11androtationalangles为了进行超声医学图象的动态三维重建，原始图象的采集过程如下:患者取侧卧位进行常规经食管超声探察，将多平而经食管超声探头导入患者体内后，计二超声探头旋转角度回零，在该角度卜记录一个心动周期的超声心动图。设一个心动周期的超声心动图中包含M帧图象，则各将该M帧图象记为I(1，l)

根据实验结果，对于超声图象，为了得到满意的滤波效果，一般取llXn的滤波窗口，中心点的权值w(K+1，K+l)取100，调节因子c一般取1。图2.4显示了自适应加权中值滤波的效果以及其与普通中值滤波方法滤波效果的比较。从中可以看出自适应加权中值滤波器能够有效地抑制超声图象中的Speckle噪声，同时能够较好地保留图象中的细节。它保留边界信息的能力要明显强于普通中值滤波器，而边界信息在进行边缘提取以进行面绘

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本文编号：2786909