本文關(guān)鍵詞：磁性微泡對比劑介導(dǎo)超聲與磁共振圖像的配準(zhǔn)與融合研究

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【摘要】：超聲成像(ultrasound imaging, US)是一種價格相對低廉、安全性高普及面廣的醫(yī)學(xué)成像模式,在醫(yī)學(xué)診斷中有著難以替代的作用。使用超聲造影劑一定程度上能夠增強(qiáng)超聲成像的對比度,提高診斷的準(zhǔn)確性。但是超聲成像清晰度和分辨率較低,超聲成像受氣體影響很大。磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)對患者軟組織有較好的分辨力,其提供多個成像參數(shù),通過設(shè)置成像參數(shù)能夠獲取豐富的診斷信息,對體內(nèi)代謝和功能的研究更加有效。但是MRI對體動敏感,易產(chǎn)生偽影,同時MRI對鈣化不敏感；掃描時間長。各種影像技術(shù)在時空分辨率方面各有優(yōu)缺點(diǎn),多種成像模式相融合可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。然而不同模態(tài)的醫(yī)學(xué)影像分辨率不同,成像原理不同,成像參數(shù)不同,因此在進(jìn)行圖像融合前必須進(jìn)行圖像之間的配準(zhǔn)。因?yàn)樯鲜鲈?將超聲與其它模態(tài)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)與融合具有重要的實(shí)際意義�；谏鲜鲂枨�,本文以醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)理論為基礎(chǔ),借助磁性微泡對比劑提升US和MRI中的目標(biāo)物的對比度,進(jìn)行了超聲和磁共振影像的配準(zhǔn)和融合算法研究。本文在理論研究方面開展了如下4個方面的工作：(1)基于磁性微泡對比劑和仿射變換模型,進(jìn)行了超聲和磁共振影像之間的配準(zhǔn),并對配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行討論和分析。使用磁性微泡對比劑進(jìn)行了體模超聲和磁共振顯影,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了超聲圖像與磁共振圖像之間的空間仿射變換模型。此算法模型既能夠體現(xiàn)兩幅圖像之間的物理空間坐標(biāo)變換,也能夠體現(xiàn)兩幅圖像之間的強(qiáng)度(包括亮度和對比度)變化；運(yùn)用多尺度金字塔算法對構(gòu)建的空間仿射變換模型進(jìn)行求解,得到的解既能夠滿足兩幅圖像之間空間全局變換,也能夠滿足兩幅圖像之間的局部細(xì)節(jié)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：上述算法結(jié)合磁性微泡對比劑進(jìn)行超聲和磁共振圖像的配準(zhǔn)可以獲得較好的配準(zhǔn)效果。(2)基于磁性微泡對比劑,進(jìn)行了基于光流場的超聲與磁共振影像的配準(zhǔn)。為了盡可能減少背景噪聲對配準(zhǔn)結(jié)果影響,應(yīng)用磁性微泡對比劑對US和MRI進(jìn)行了對比度增強(qiáng),并對超聲影像和磁共振影像運(yùn)用活動輪廓模型進(jìn)行了感興趣區(qū)域的半自動分割,基于超聲影像感興趣區(qū)域(region of interest, ROI)和磁共振影像ROI構(gòu)建了健壯的光流模型,通過使用SOR逐次超松馳迭代法能夠計(jì)算出US和MRI之間的向量場,用獲得的向量場對超聲影像進(jìn)行形變。對比實(shí)驗(yàn)表明磁性微泡對比劑結(jié)合本章提出的改進(jìn)的光流場算法相對于其他方法可以獲得更滿意的配準(zhǔn)效果。(3)提出了基于動態(tài)加權(quán)非負(fù)矩陣的超聲影像和磁共振影像的融合算法。對源圖像運(yùn)用非采樣Contourlet變換(nonsubsampled contourlet transform, NSCT)進(jìn)行分解,然后對低頻子帶系數(shù)采用自適應(yīng)動態(tài)加權(quán)非負(fù)矩陣分解(dynamic weighted non-negative matrix factorization, DWNMF)結(jié)合分割圖像進(jìn)行融合,對各帶通方向子帶系數(shù)采用空間頻率激勵的脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合,最后進(jìn)行NSCT逆變換獲得融合圖像。(4)為了將配準(zhǔn)和融合算法用于臨床醫(yī)學(xué)腫瘤診斷,進(jìn)行了基于生物體醫(yī)學(xué)影像的配準(zhǔn)與融合。首先選用裸鼠作為動物模型,在裸鼠前肢皮下建立人體腫瘤模型,然后運(yùn)用超聲設(shè)備和磁共振設(shè)備,分別基于不使用磁性微泡對比劑和使用磁性微泡對比劑兩種情況,對建立在裸鼠上的腫瘤模型進(jìn)行超聲和磁共振成像。對比實(shí)驗(yàn)表明,配準(zhǔn)與融合算法結(jié)合磁性微泡對比劑,進(jìn)行基于生物體的超聲和磁共振的配準(zhǔn)與融合是可行的。本文提出將磁性微泡對比劑用于圖像配準(zhǔn)和融合領(lǐng)域。該磁性微泡對比劑可以在一次用藥的情況下得到兩種成像模式下的診斷結(jié)果,起到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果,且該對比劑的毒副作用小。另外本文提出的配準(zhǔn)算法模型基于影像強(qiáng)度和體素灰度,不依賴使用的相似性測度,適用于其他模態(tài)影像之間的配準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：磁性微泡對比劑 圖像融合 超聲成像 磁共振成像 圖像配準(zhǔn)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R445
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 縮寫詞中英文對照表(Abbreviation)8-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 雙模態(tài)造影劑在MRI及US中的應(yīng)用13-16
• 1.3 醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀16-29
• 1.3.1 醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)的基本過程16-18
• 1.3.2 幾何變換18-22
• 1.3.3 圖像插值22-25
• 1.3.4 相似性測度25-27
• 1.3.5 函數(shù)優(yōu)化27-28
• 1.3.6 醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)平臺28-29
• 1.4 醫(yī)學(xué)影像融合29-30
• 1.5 本文要解決的問題及研究內(nèi)容30-32
• 1.6 本文結(jié)構(gòu)32-34
• 第二章 基于仿射變換模型的超聲與磁共振影像的配準(zhǔn)34-55
• 2.1 配準(zhǔn)方法34-40
• 2.1.1 2D仿射變換模型簡介35-36
• 2.1.2 基于微分算子的2D仿射變換模型36-38
• 2.1.3 改進(jìn)的健壯的基于微分算子的2D仿射變換模型38-40
• 2.2 金字塔算法40-41
• 2.3 評價指標(biāo)41-42
• 2.4 材料、裝置及數(shù)據(jù)采集42-46
• 2.4.1 材料、影像采集裝置和實(shí)驗(yàn)計(jì)算平臺42-43
• 2.4.2 影像采集及造影劑有效性驗(yàn)證43-46
• 2.5 配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析46-54
• 2.5.1 基于第一組影像的配準(zhǔn)46-50
• 2.5.2 基于第二組影像的配準(zhǔn)50-54
• 2.6 本章小結(jié)54-55
• 第三章 基于光流場的超聲與磁共振影像配準(zhǔn)55-78
• 3.1 基于活動輪廓模型的圖像感興趣區(qū)域分割55-56
• 3.2 光流模型56-61
• 3.2.1 基于微分法的光流模型(小位移情況)56-57
• 3.2.2 基于微分法的光流模型(大位移情況)57-59
• 3.2.3 改進(jìn)的健壯的光流場模型59-61
• 3.3 實(shí)驗(yàn)61-73
• 3.3.1 超聲和磁共振的半自動分割62-64
• 3.3.2 基于光流模型的超聲和磁共振的配準(zhǔn)64-68
• 3.3.3 本章光流場配準(zhǔn)方法與其他配準(zhǔn)方法的比較68-71
• 3.3.4 本章光流場算法與第二章改進(jìn)的仿射變換算法的比較71-73
• 3.4 關(guān)于配準(zhǔn)算法的精度驗(yàn)證73-76
• 3.4.1 關(guān)于第2章仿射變換的配準(zhǔn)精度實(shí)驗(yàn)73-74
• 3.4.2 關(guān)于第3章光流場算法的配準(zhǔn)角度誤差實(shí)驗(yàn)74-76
• 3.5 本章小結(jié)76-78
• 第四章 基于磁性微泡對比劑進(jìn)行超聲和磁共振影像融合78-94
• 4.1 圖像邊緣提取78-80
• 4.1.1 轉(zhuǎn)移概率78-79
• 4.1.2 信息素更新79-80
• 4.2 融合算法80-86
• 4.2.1 動態(tài)加權(quán)非負(fù)矩陣80-83
• 4.2.2 基于圖像邊緣提取和DWNMF的低頻子帶系數(shù)的融合83-86
• 4.2.3 基于SF-PCNN的各帶通方向子帶系數(shù)的融合86
• 4.3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析86-92
• 4.3.1 融合評價指標(biāo)86-88
• 4.3.2 不使用磁性微泡對比劑情況下超聲影像和磁共振影像之間的融合88-89
• 4.3.3 使用磁性微泡對比劑情況下超聲影像和磁共振影像之間的融合89-90
• 4.3.4 實(shí)驗(yàn)討論90-92
• 4.4 本章小結(jié)92-94
• 第五章 基于生物體(裸鼠)的超聲和磁共振的配準(zhǔn)與融合94-108
• 5.1 裸鼠影像采集94-97
• 5.2 配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果比較97-104
• 5.3 融合實(shí)驗(yàn)及結(jié)果比較104-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 第六章 總結(jié)與展望108-111
• 6.1 本文工作總結(jié)108-109
• 6.2 工作展望109-111
• 參考文獻(xiàn)111-119
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果119-120
• 致謝120

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1 顧順德,聶生東,陳瑛,章魯;基于K-最近鄰規(guī)則的磁共振顱腦圖像分割算法的應(yīng)用研究[J];上海醫(yī)科大學(xué)學(xué)報;2000年02期

2 徐志榮,朱弋,張衛(wèi)東;磁共振實(shí)用圖像參數(shù)實(shí)驗(yàn)分析[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2000年03期

3 劉德光,孫毅平;磁共振介導(dǎo)微創(chuàng)外科的展望[J];中國冶金工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志;2001年03期

4 吳前芝,張?zhí)?毛存南,陳馬昊;磁共振窗口技術(shù)應(yīng)用初探[J];實(shí)用醫(yī)技雜志;2002年12期

5 陳迎良;苗重昌;張波;;新生兒缺氧缺血性腦病患兒磁共振檢查的護(hù)理體會[J];醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐;2012年24期

6 Von D.Uhlenbrock;張本固;;磁共振體層照像診斷炎性腎臟病的可能性[J];放射學(xué)實(shí)踐;1988年04期

7 楊揚(yáng);西班牙空軍高性能戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的頸椎磁共振圖像[J];航空軍醫(yī);1997年01期

8 ;眼科學(xué)[J];國外科技資料目錄.醫(yī)藥衛(wèi)生;1998年01期

9 王其玲;磁共振介紹[J];今日科技;1999年10期

10 倪萍;陳自謙;;磁共振質(zhì)量控制和質(zhì)量保證若干問題的探討[J];福州總醫(yī)院學(xué)報;2008年03期

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1 趙磊;徐進(jìn);;磁共振導(dǎo)航微創(chuàng)治療系統(tǒng)及其臨床應(yīng)用[A];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會成立30周年紀(jì)念大會暨2010中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會學(xué)術(shù)大會壁報展示論文[C];2010年

2 徐志榮;朱戈;張衛(wèi)東;;磁共振實(shí)用圖像參數(shù)實(shí)驗(yàn)分析[A];中華醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會第一次醫(yī)學(xué)影像設(shè)備應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];1999年

3 翁得河;王慧賢;宋濤;;基于小波和模糊集的磁共振圖像增強(qiáng)[A];第六屆全國計(jì)算機(jī)應(yīng)用聯(lián)合學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

4 劉英豪;于源;;ASM-016P磁共振裝置脊椎掃描技術(shù)分析及臨床應(yīng)用評價[A];中華醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會第一次醫(yī)學(xué)影像設(shè)備應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C];1999年

5 江寶釧;張森;胡蘭清;;無指導(dǎo)的模糊聚類的多回波腦部磁共振圖像分割[A];中國圖象圖形科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展——第九屆全國圖象圖形科技大會論文集[C];1998年

6 寧本德;屈小波;郭迪;陳忠;;基于小波變域內(nèi)局部方向性的磁共振圖像稀疏重建[A];第十七屆全國波譜學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2012年

7 趙磊;;磁共振導(dǎo)航微創(chuàng)治療技術(shù)及其在經(jīng)皮冷凍治療中的應(yīng)用[A];第六屆中國科學(xué)家論壇論文匯編[C];2007年

8 陳曉榮;任宇婧;胡紅杰;尹學(xué)青;錢玉娥;劉華鋒;;磁共振評價左室容量-時間曲線的初步研究[A];2012年浙江省放射學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

9 相艷;李江濤;楊嘉林;;基于模糊C均值聚類算法的腦部磁共振圖像分割[A];第六屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集（2）[C];2008年

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中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 本報記者 皮澤紅;國產(chǎn)磁共振的痛苦只是暫時的[N];廣東科技報;2004年

2 記者　孫占穩(wěn);新奧博為勇破世界性難題[N];河北日報;2006年

3 本報記者 劉正午;磁共振競技場的新較量[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報;2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李建福;磁共振結(jié)構(gòu)像分析及其在音樂家大腦研究中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2015年

2 羅敏敏;胎兒磁共振安全問題研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

3 陳相教;基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的無參考MRI測溫關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所);2015年

4 侯漠;磁性微泡對比劑介導(dǎo)超聲與磁共振圖像的配準(zhǔn)與融合研究[D];東南大學(xué);2015年

5 王麗嘉;磁共振圖像全自動分割量化方法研究[D];華東師范大學(xué);2015年

6 張寧;心臟磁共振圖像左心室分割算法研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2009年

7 張?jiān)獎P;四肢腫瘤的微結(jié)構(gòu)與生物學(xué)行為及動態(tài)增強(qiáng)磁共振相關(guān)性研究[D];山東大學(xué);2010年

8 黃世亮;磁共振圖像處理中若干問題的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）;2006年

9 呂玉波;磁共振聯(lián)合光學(xué)示蹤技術(shù)在頭頸縱隔穿刺活檢術(shù)中的應(yīng)用價值[D];山東大學(xué);2013年

10 馮振;面向磁共振圖像重建的壓縮感知方法研究[D];大連理工大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳勇;基于偏微分方程的磁共振圖像降噪算法研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 厲元杰;四維心臟輔助診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];四川師范大學(xué);2015年

3 莊亞運(yùn);利用高介電材料提高胎兒磁共振射頻安全性理論研究[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

4 張翔亞;磁共振擴(kuò)散張量成像FA值在足月新生兒缺氧缺血性腦病中的應(yīng)用[D];南方醫(yī)科大學(xué);2015年

5 商立清;基于磁共振數(shù)據(jù)的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

6 葛嶺嶺;稀疏磁共振圖像重建方法研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

7 周延明;基于PRONY模型的磁共振測溫技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 周維林;心臟磁共振實(shí)時電影成像方法研究[D];東北大學(xué);2014年

9 李婷婷;超聲與磁共振圖像三維配準(zhǔn)方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

10 杜磊;核磁共振圖像中的3D胰腺分割[D];西安電子科技大學(xué);2014年

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本文編號：1059012