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基于造影图像的冠状动脉三维重建和定量分析方法的研究

黄家祥  
【摘要】:冠状动脉造影图像是临床诊治冠心病的主要依据之一,被称为诊断冠心病的“金标准”,但基于二维造影图像的传统诊治方法存在很大的局限性。本文在二维血管提取的基础上,主要研究冠状动脉树的三维重建方法,并进行主干血管三维定量分析方法的研究,对于提高冠心病诊治的准确程度具有很高的临床应用价值。本论文研究课题受高等学校博士学科点专项科研基金的资助(“心血管造影图像中血管网的提取与三维重建”,20030056018),主要研究工作包括以下几个方面: 1.建立三维重建的理论模型 根据造影系统的运动特征建立透视投影的简化模型,并采用几何变换矩阵描述两幅图像的空间几何关系。在此基础上提出了空间点三维坐标的两种计算方法,即最小二乘解和几何解。 2.二维骨架树的分割和血管段的匹配 在二维血管提取的基础上,采用有向图、有向树和二叉树描述骨架树的拓扑结构。同时提出结点权值和相似结点的概念,实现两幅图像中血管段的匹配。 3.几何变换矩阵的优化 将几何变换矩阵表示为七元数的形式,提出利用分支点坐标、分支血管方向矢量和分支夹角三类数据优化几何变换矩阵的方法。 4.冠状动脉树骨架的三维重建 提出一种以B样条曲线为基元重建三维骨架的方法,采用B样条曲线拟合二维骨架,在B样条曲线透视不变性的假设下对三维控制点进行优化。 5.冠状动脉三维表面的重建 在假设血管为广义圆柱体的前提下,建立血管横截面的椭圆模型,并提出顶点融合技术很好地解决了相邻横截面相交的问题。同时分别采用球包络方法、三角形拼接法和NURBS曲面拟合方法重构血管的三维表面。 6.冠状动脉树的三维重建实验 分别采用计算机模拟图像、临床造影图像和实物模型造影图像进行三维重建实验,并对重建误差进行统计分析,验证本文重建方法的正确性。 7.冠状动脉的三维定量分析 在冠状动脉树三维重建的基础上,研究冠状动脉的三维定量分析方法。提出血管三维直径、分支夹角、血管段长度和体积的三维测量方法,并利用冠状动脉树实物模型进行三维定量分析实验,验证该方法的有效性和准确性。


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