第一章 緒論

目前，先心病的影像學(xué)診斷方式有：超聲心動圖（Echocardiography）[8]，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ，MRI）[9]，計算機斷層成像（Computerized Tomography，CT）[10]。由于先心病涉及到心血管結(jié)構(gòu)的異常，，臨床上常用血管造影技術(shù)來增強對比度，使得心臟和血管的結(jié)構(gòu)更加清晰，提高診斷的準(zhǔn)確率[11]。臨床上的影像學(xué)診斷時，一般由有經(jīng)驗的醫(yī)生根據(jù)心臟切片圖像提供的結(jié)構(gòu)信息來判斷是否存在畸形[12]，這種診斷方法受兩方面的因素影響：一是成像技術(shù)提供的心臟圖像的清晰度，二是診斷醫(yī)生的經(jīng)驗。有研究表明，復(fù)雜先心病的結(jié)構(gòu)畸形多樣，診斷困難，單純的影像學(xué)對于先心病的診斷都存在一定的誤診率[13]。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，雙源 CT(Dual-Source ComputedTomography, DSCT)以其成像速度快、成像質(zhì)量高、放射劑量低的優(yōu)點在法洛四聯(lián)癥的診斷中得到廣泛應(yīng)用[14]。DSCT 結(jié)合心電門控技術(shù)[15]運用于先心病的影像學(xué)診斷，提供了四維（Four Dimensional，4D）心臟 CT 圖像，掃描了心動周期中 R-R 間期的多個時間點的心臟圖像。在三維心臟圖像的基礎(chǔ)上提供了心臟在心動周期中的時間信息，為從新的角度輔助單純的影像學(xué)診斷先心病，提高診斷精度提供了基礎(chǔ)。
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第二章 基于時間-容積曲線的左心室功能評估

2.1 四維心臟 CT 圖像的采集
收集廣州軍區(qū)總醫(yī)院臨床確診先心病法洛四聯(lián)癥 12 例患者和左心室收縮功能正常的對照組 6 人的四維心臟 CT 圖像，其中法洛四聯(lián)癥組的男性 5 人，女性7 人，年齡 1~34 歲，平均年齡 11.1 歲；正常組男性 4 人，女性 2 人，年齡 24~59歲，平均年齡 42.3 歲。掃描前，注射對比劑碘普羅胺 370mgI/ml，成年人碘普羅胺的注射速率范圍在 3.5-6ml/s 之間，總劑量在 60-90ml 之間；未成年人碘普羅胺的注射速率范圍在 1.2-3.0ml/s 之間，總劑量在 20-85ml 之間。碘普羅胺注射后給予所有掃描對象注射速率為 5ml/s 的生理鹽水 44ml。掃描時，患者需保持靜息狀態(tài)，給予不能配合者水合氯醛鎮(zhèn)靜。儀器的掃描參數(shù)設(shè)置如下：120KV 的管電壓， 380mA 至 400mA 的管電流，0.33s 的機床旋轉(zhuǎn)時間， 64×0.6mm 的準(zhǔn)直器寬度（心臟模式），螺距 0.2-0.43mm 且根據(jù)掃描對象的心率自動調(diào)整。掃描后采用回顧性心電門控技術(shù)將原始資料按 5％的 R-R 間期重建 0%-100%的 21 個時相的圖像，重建間距為 1mm。

2.2 基于時間-容積曲線的左心室功能評估方法
基于配準(zhǔn)的自動分割算法對四維心臟進(jìn)行自動分割，分割心臟的心肌、心房、心室各種結(jié)構(gòu)。首先，需要手動制作用于全心分割的模板，這個過程一般由對心臟解剖結(jié)構(gòu)非常了解且辨析心臟 CT 圖像中的心臟各部分影像的醫(yī)生完成，手動勾畫出左心室心內(nèi)膜輪廓線和心外膜輪廓線，右心室心外膜線，主動脈輪廓，左心房輪廓線，以及右心房輪廓線。圖 2-1 表示手動勾畫的 CT 圖像的切片制作的模板，其中紫紅色線所包圍的部分為右心室及右心室心肌組成的部分，主要原因是本文研究的四維心臟 CT 圖像掃描前只有左心室造影，故右心室及右心室心肌對比度不強，肉眼難以分辨，因此將右心室和右心室心肌劃為一體；藍(lán)綠色輪廓線所包圍的部分為右心房，黃色輪廓線所包圍的部分為左心房，藍(lán)色輪廓線所包圍的部分為左心室心肌，綠色輪廓線所包圍的部分為左心室腔，紅色輪廓線所包圍的部分為主動脈。

第三章 先心病智能輔助診斷方法的研究.........................23

引言.............................23

3.2 基于曲線相似度聚類的先心病智能輔助診斷方法.....................28

3.3 結(jié)果與討論.........................29

第四章 先心病智能輔助診斷平臺的構(gòu)建......................................37

引言..........................37

4.1 VTK 與 MFC 聯(lián)合編程的工程環(huán)境配置 ...........................37

總結(jié)與展望........................53

工作總結(jié)..........53

工作展望.............................54

第四章 先心病智能輔助診斷平臺的構(gòu)建

4.1 VTK 與 MFC 聯(lián)合編程的工程環(huán)境配置
本文研究的 VTK 結(jié)合 Windows Visual Studio 2008 平臺下的 MFC 應(yīng)用程序進(jìn)行編程時，采用編譯工具 CMake 進(jìn)行環(huán)境配置，構(gòu)建一個適合 VTK 在 VisualStudio 2008 開發(fā)平臺下使用的工程環(huán)境，將 VTK 和 MFC 有效地聯(lián)合起來編程。CMake 是一個開源的，跨平臺的高級編譯配置工具，它可以根據(jù)不同的平臺和編譯器，生成相應(yīng)的編譯配置文件[72]。CMake 也有自己的語言，使用時將 CMake語句編寫在 CMakeList.txt 文件中，在進(jìn)行編譯配置時，CMake 自動找到相應(yīng)路徑下的 CMakeList.txt 文件，根據(jù)命令執(zhí)行任務(wù)。這樣就將 VTK 和 MFC 有效的結(jié)合起來使用，接下來就可以編寫 VTK 程序和 MFC 的應(yīng)用程序了。如果在編程過程中涉及到新添加的 MFC 類或者其他新的頭文件和源程序時，應(yīng)該將這些新添加的工程文件名稱添加到 CMakeLists.txt中，再用 CMake 重新配置。

4.2 VTK 的架構(gòu)與運行原理
圖形模型和可視化模型是 VTK 的兩種模型[68]，圖形模型管理 VTK 的控制三維物體重建處理的場景屬性，可視化模型則管理 VTK 數(shù)據(jù)和處理流程。VTK的圖形模型具有以下幾大基類：控制渲染窗口個數(shù)和大小功能的 VTK 渲染窗口類 vtkRenderWindow；管理繪制對象、光源等屬性的 VTK 渲染器類 vtkRenderer、控制燈光強度和位置等屬性的 VTK 燈光類 vtkLight；調(diào)節(jié)虛擬照相機焦點、投影等屬性的 VTK 照相機類 vtkCamera；可以設(shè)置渲染物體的特征，紋理映射等屬性的 VTK 演員類 vtkActor；設(shè)置物體的反射強度，物體的繪制樣式（點，線，表面），以及著色模式的 VTK 屬性類 vtkProperty；負(fù)責(zé)將渲染數(shù)據(jù)映射為圖形數(shù)據(jù)的VTK映射類vtkMapper 。數(shù)據(jù)對象和過程對象是可視化模型的兩類對象[73]。數(shù)據(jù)對象主要包括以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：多邊形數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)點和非結(jié)構(gòu)點數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。VTK 流程對象包括讀入數(shù)據(jù)的源（vtkSource）、處理數(shù)據(jù)的過濾器（vtkFilter）、將處理后數(shù)據(jù)映射為圖形數(shù)據(jù)的映射器（vtkMapper）。VTK 的三維繪制流程是典型的流水線結(jié)構(gòu)，如圖 4-1 所示，圖中箭頭方向代表數(shù)據(jù)流方向，該流水線各個模塊的作用和相互間的聯(lián)系。

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總結(jié)與展望

工作總結(jié)
針對上述存在的先心病診斷與左心室功能評估的問題，本文通過研究正常組和復(fù)雜先心病法洛四聯(lián)癥患者的 DSCT 結(jié)合心電門控技術(shù)采集的心臟 R-R 間期0%-100%的 21 個時相下的圖像。在 VTK 結(jié)合 MFC 的技術(shù)平臺下，在基于配準(zhǔn)分割的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一套能夠自動獲取四維心臟 CT 圖像左心室的時間-容積曲線，根據(jù)時間-容積曲線值自動獲取左心室功能評估參數(shù)，并根據(jù)其形態(tài)的聚類來識別先心病的智能輔助診斷系統(tǒng)。本文在研究過程中解決了以下幾個問題：1. 提出了利用 DICOM 圖像信息提供的像素空間信息計算容積的方法，以分割部分三維輪廓線內(nèi)體素容積的累計得到分割部分的容積，克服了傳統(tǒng)Simpson 算法對輪廓線內(nèi)幾何形狀的假設(shè)以及消除輪廓線內(nèi)存在的其他組織所占的空間對輪廓線內(nèi)容積計算的影響，實現(xiàn)分割部分容積的準(zhǔn)確計算。

工作展望
本文在研究過程中對以后的工作有以下幾個方面的設(shè)想：1. 加大研究樣本，獲取不同病理缺陷曲線之間的左心室時間-容積曲線的形態(tài)變化規(guī)律，建立不同病理缺陷與左心室時間-容積曲線形態(tài)定量關(guān)系模型，擴大左心室時間-容積曲線對不同心臟病理缺陷的評估和識別范圍；2. 結(jié)合血流動力學(xué)分析左心室時間-容積曲線形態(tài)變化的原因，建立左心室時間容積曲線的力學(xué)關(guān)系模型，有利于心臟疾病的預(yù)前和預(yù)后的評估；3. 本文在研究過程中曾計算出對左心室心肌的時間-容積曲線，如果后續(xù)研究左心室心肌的時間-容積曲線不僅可以計算出左心室心肌的質(zhì)量，而且可以利用力學(xué)原理計算出左心室心肌收縮的力度和速度，從力學(xué)因素來評估左心室功能。
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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：11917