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基于双相多层螺旋CT数据的左心室功能定量分析

作　者: 董利娜
导　师: 冯焕清
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 左心室随机游走算法分割心功能分析种子点选取小波除噪多层螺旋CT
分类号: R816.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 38次
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内容摘要

心血管类疾病持续以来位居全球造成死亡的首要因素。左心室(left ventricle,LV)的功能估计,尤其是射血分数和心肌质量等,是心血管类疾病的重要预测指标,可为临床心血管疾病的治疗和预后提供准确的信息。目前,多层螺旋CT(MSCT)的临床应用研究在冠状动脉疾病诊断方面报道较多,而在心脏功能分析和病理诊断上较少涉及,由于MSCT定位准确,使得其在心脏疾病诊断方面的潜力将越来越被临床医师所认同和接受。为了代替繁琐耗时的手动分割,左心室的血腔和心肌的准确分割算法是用于心功能定量分析的关键步骤,而且对心脏等软组织图像的分割一直是图像处理领域尚未解决的难题之一。本文首先针对临床采集到的数据集的特点,研究了几种比较典型的除噪算法,分别对它们进行实验及对比分析,并对小波除噪算法进行了重点研究,获得了对心脏CT数据集除噪效果较好的预处理后图像。针对心脏MSCT分割的难点,本文提出了一种改进的三维心脏MSCT数据集的左心室血腔和心肌分割的半自动方法。基于随机游走算法,提出了一种结合区域生长和形态学运算的快速有效的新颖的种子点选取方法,使其能在三维数据集中准确的标记种子点,并能将标记图像间的种子点准确的进行传递,用于左心室的血腔和心肌的定位和识别。同时,将6-连通网格应用到随机游走算法中,以确保三维图像层片间分割的结构连续性,并使用共轭梯度法进行大型稀疏线性方程系统的求解,来改进三维数据集的分割性能。左心室的3D重建结果,以及与手动分割结果的相似度比较,证实了本方法在心脏MSCT图像的左心室分割中的有效性及优势。最后将分割后所获取的结果应用于左心室的各项心功能指标的计算及估计中,有效地提取出了左心室的关键特征参数,并且获得了较好的心功能评价结果,具有较高的临床实用价值,可用于冠心病等心血管疾病的预防及检出。本论文的工作得到了国家自然科学基金(60771007)的资助,谨致感谢。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-14
  1.3 本文的研究目标和主要工作  14-17
第2章图像预处理  17-25
  2.1 医学图像除噪技术的研究现状  17-19
  2.2 MSCT 成像及心脏CT 图像的特点  19-22
    2.2.1 CT 成像  19
    2.2.2 心脏的解剖结构  19-20
    2.2.3 心脏CT 图像的特点  20-22
  2.3 心脏CT 图像预处理简介  22-25
    2.3.1 灰度变换  22-25
第3章心脏 CT 图像中噪声的去除  25-33
  3.1 降噪效果的评估方法  25-26
  3.2 空间滤波  26-27
  3.3 小波除噪  27-33
第4章心脏 CT 图像的分割  33-61
  4.1 心功能分析的总体思路  33
  4.2 心脏CT 分割的难点及解决方案  33-34
  4.3 图像分割中的随机游走算法  34-41
    4.3.1 随机游走算法的简介  34-37
    4.3.2 边权重  37
    4.3.3 联合狄利克雷问题  37-39
    4.3.4 算法的实现过程  39-40
    4.3.5 随机游走与电路模拟、扩散之间的关系  40-41
  4.4 随机游走算法的理论特性  41-44
  4.5 随机游走算法的实验特性  44-47
    4.5.1 弱边界检测  44-45
    4.5.2 对噪声的鲁棒性  45-46
    4.5.3 歧义区域的分割  46-47
  4.6 随机游走算法在三维心脏CT 分割中的改进  47-53
    4.6.1 随机游走算法在三维图像分割中需要解决的问题  47-48
    4.6.2 三维心脏CT 图像的分割过程  48-49
    4.6.3 种子点的选取  49-51
    4.6.4 三维分割中连通性的选取  51-52
    4.6.5 共轭梯度法  52-53
  4.7 改进的随机游走算法在三维心脏CT 分割中的实现  53-61
    4.7.1 心脏MSCT 数据集  53-55
    4.7.2 心脏分割实验  55-61
第5章左心室心功能的评价  61-69
  5.1 左心室容积  61-63
  5.2 左心室质量  63-65
  5.3 每搏输出量  65
  5.4 射血分数  65-66
  5.5 心输出量  66-69
第6章总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-77
致谢  77-79
在读期间发表的学术论文  79

基于双相多层螺旋CT数据的左心室功能定量分析

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