基于冠脉造影图像序列的血管分离技术研究

发布时间：2017-08-19 19:25

  本文关键词：基于冠脉造影图像序列的血管分离技术研究

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【摘要】：冠状动脉造影是目前医院临床中诊断和治疗冠心病的主要依据之一,被称为诊断冠心病的“金标准”。与同一场景的静态冠脉造影图像相比,冠脉造影图像序列可以提供心脏搏动时的血管变形和心脏供血功能等丰富信息。从图像序列中跟踪分离出前景血管对辅助心肌灌注评价、三维重建可视化以及诊断心脏运动异常疾病方面有很好的临床应用价值。然而由于造影图像中血管与背景的对比度低,以及胸、肺、肋骨等组织运动造成的复杂背景干扰,目前已有方法的血管分离效果不太理想,因此研究和实现造影图像序列的血管精确分离具有重要的理论和实际意义。基于观察的冠脉造影图像序列是一个低秩背景矩阵和一个稀疏前景血管矩阵的和,本文提出一个二步鲁棒主成分分析(RPCA)的算法对图像序列中的前景血管进行跟踪分离。第一步RPCA算法利用前景稀疏血管的空间连通性检测出几乎全部的血管区域,并作为下一步的候选区域。第二步RPCA算法在第一步的基础上进一步引入前景血管的时空轨迹平滑约束和总变差(TV)正则约束,实现血管的精确分离。为了准确评估前景血管和背景分离的效果,本文分别提出基于互信息(MI)和基于结构相似度(SSIM)的两种定量评价方法。本文算法在数十组临床X射线冠脉造影图像序列上进行实验并和目前主流的七种基于RPCA的前景目标分离算法进行比较。实验结果在定性和定量评价后证实本文算法能精确的分离血管,包括所有大血管和绝大部分细小的血管,且血管区域中遗留的背景较少,实际应用中算法的分离效果也很理想。
【关键词】：血管分离 二步鲁棒主成分分析 时空轨迹 总变差 互信息 结构相似度
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;R541.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 课题研究背景及意义7
• 1.2 国内外研究现状7-11
• 1.2.1 冠状动脉跟踪的现状和进展7-8
• 1.2.2 图像序列运动目标检测分离的进展8-11
• 1.3 本文研究要点及章节安排11-13
• 2 算法相关内容介绍13-22
• 2.1 X射线血管造影13-15
• 2.1.1 X射线成像的基本原理13-14
• 2.1.2 X射线心血管造影14-15
• 2.2 冠状动脉造影15-18
• 2.2.1 冠脉造影系统15
• 2.2.2 冠脉造影角度15-17
• 2.2.3 冠脉造影图像特点及处理难点17-18
• 2.3 鲁棒主成分分析及优化方法18-21
• 2.3.1 迭代阈值算法19-20
• 2.3.2 加速近端梯度算法20
• 2.3.3 增广拉格朗日乘子法20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 二步RPCA的血管分离算法设计22-35
• 3.1 第一步结构RPCA算法22-26
• 3.1.1 结构稀疏范数22-24
• 3.1.2 第一步结构RPCA算法优化及分离结果24-26
• 3.2 第二步时空RPCA算法26-34
• 3.2.1 时域轨迹约束26-28
• 3.2.2 TV正则28-29
• 3.2.3 第二步时空RPCA算法优化及分离结果29-34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 血管分离评价标准35-43
• 4.1 互信息测度35-38
• 4.1.1 信息熵概念35-36
• 4.1.2 互信息36-37
• 4.1.3 直方图37-38
• 4.2 结构相似性测度38-42
• 4.2.1 相似性度量39-40
• 4.2.2 结构相似性理论40
• 4.2.3 结构相似性算法40-42
• 4.3 本章小结42-43
• 5 实验设计与结果43-53
• 5.1 定性结果分析43-47
• 5.2 定量结果分析47-52
• 5.3 本章小结52-53
• 6 总结与展望53-55
• 6.1 工作总结53
• 6.2 后续工作与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59

【参考文献】

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1 康文炜;冠状动脉造影图像的分割方法研究[D];吉林大学;2010年

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本文编号：702539