本文關(guān)鍵詞：基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟彌散張量仿射配準(zhǔn)算法研究

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【摘要】：近年來(lái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明心血管疾病已經(jīng)連續(xù)八年成為危害人類身體健康的頭號(hào)殺手,心臟是人體維持血液循環(huán)的動(dòng)力器官,而許多心血管疾病(如心肌梗塞、心力衰竭等)的產(chǎn)生與心肌纖維的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前研究心肌纖維的方式有很多,但彌散張量磁共振成像(DT-MRI)是目前唯一可以非侵入性非破壞性地研究活體心肌三維纖維結(jié)構(gòu)的成像方式,其早期應(yīng)用集中在腦白質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)研究上,將其應(yīng)用于心肌纖維結(jié)構(gòu)的研究是近幾年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。不同模態(tài)、不同分辨率、不同個(gè)體的心臟或同一個(gè)體的心臟的搏動(dòng)都會(huì)使得心臟圖像呈現(xiàn)較大差別,這對(duì)醫(yī)生診斷心血管疾病時(shí)產(chǎn)生了不少的困難。因此,我們需要將心臟彌散張量圖像進(jìn)行配準(zhǔn),使其空間位置對(duì)準(zhǔn),以便于醫(yī)生將其與心臟圖譜或者其他心臟進(jìn)行對(duì)比,亦或者將心臟彌散張量圖像和其他模態(tài)的心臟圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合,觀察不同模態(tài)的圖像以獲取更多的信息,提高診斷的效率。此外,基于心臟彌散張量圖像配準(zhǔn)我們可以利用來(lái)自不同個(gè)體的心臟數(shù)據(jù)構(gòu)建人體心臟纖維結(jié)構(gòu)的平均模型,為心臟疾病的病理研究提供更可靠的數(shù)據(jù)。目前現(xiàn)有的針對(duì)彌散張量圖像處理的算法大多是針對(duì)大腦成像提出來(lái)的,無(wú)法直接應(yīng)用于心臟成像�；谛呐K的彌散張量配準(zhǔn)更為復(fù)雜,不同的大腦DT-MRI數(shù)據(jù)的大小、形狀、方向差別不大,不同的心肌纖維,尤其是ex-vivo(體外)的心肌纖維結(jié)構(gòu)的大小、形狀及朝向等差別很大,這會(huì)導(dǎo)致在心臟三維仿射配準(zhǔn)過(guò)程中容易陷入局部極值的問(wèn)題,達(dá)不到配準(zhǔn)的效果。因此,針對(duì)心臟彌散張量圖像的特點(diǎn)本文提出了基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟彌散張量仿射配準(zhǔn)的算法,利用基準(zhǔn)點(diǎn)的幾何特性,快速調(diào)整心臟的大小和朝向,再以互信息為相似性測(cè)度,以三維仿射變換為變換模型,再采用Powell修正算法作為參數(shù)優(yōu)化策略對(duì)心臟彌散張量進(jìn)行配準(zhǔn),最后進(jìn)行張量重定向,保持張量的主方向與心肌纖維走向的一致性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法解決了參數(shù)優(yōu)化時(shí)容易出現(xiàn)局部極值的問(wèn)題,配準(zhǔn)效果良好,達(dá)到了剛性配準(zhǔn)的要求,能為精確度更高的非剛性配準(zhǔn)提供理想的初始位置。此外,在調(diào)整心臟大小時(shí)提出了改進(jìn)的縮放方法,將單一縮放因子設(shè)置為兩個(gè)縮放因子,分別對(duì)橫斷面和豎軸方向進(jìn)行縮放,解決了單一縮放因子方法因橫斷面和豎軸方向尺寸相差太大而不能配準(zhǔn)的問(wèn)題。
【關(guān)鍵詞】：心臟 剛性 仿射配準(zhǔn) 基準(zhǔn)點(diǎn) 重定向 三維 彌散張量成像
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;R54
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)12-14
• 1.3 研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 論文主要工作及內(nèi)容安排16-17
• 2 彌散張量圖像17-23
• 2.1 彌散運(yùn)動(dòng)17-18
• 2.2 磁共振彌散加權(quán)成像基本原理18-19
• 2.3 彌散張量成像基本原理19-20
• 2.4 彌散張量數(shù)據(jù)特點(diǎn)20-21
• 2.5 彌散各向異性指數(shù)21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 3 醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)23-31
• 3.1 引言23
• 3.2 醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的分類23-24
• 3.3 圖像配準(zhǔn)的關(guān)鍵步驟24-30
• 3.3.1 圖像配準(zhǔn)的幾何變換模型24-26
• 3.3.2 相似性測(cè)度26-27
• 3.3.3 圖像插值27-30
• 3.3.4 參數(shù)尋優(yōu)30
• 3.4 本章小結(jié)30-31
• 4 基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟彌散張量圖像仿射配準(zhǔn)31-47
• 4.1 引言31
• 4.2 基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟彌散張量仿射配準(zhǔn)算法31-38
• 4.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的選取33
• 4.2.2 基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟朝向調(diào)整和尺寸縮放33-35
• 4.2.3 心臟配準(zhǔn)變換模型35
• 4.2.4 心臟配準(zhǔn)的相似性測(cè)度35-36
• 4.2.5 參數(shù)尋優(yōu)算法—Powell搜索算法36-38
• 4.3 配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析38-46
• 4.3.1 未設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)和基于基準(zhǔn)點(diǎn)的心臟仿射配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)38-41
• 4.3.2 未設(shè)定基準(zhǔn)點(diǎn)與基于基準(zhǔn)點(diǎn)的仿射配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果41-43
• 4.3.3 基于基準(zhǔn)點(diǎn)的不同尺寸縮放方法的心臟仿射配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)43-44
• 4.3.4 基于基準(zhǔn)點(diǎn)的不同尺寸縮放方法的仿射配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 5 心臟彌散張量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的張量重定向47-57
• 5.1 引言47
• 5.2 張量重定向的理論基礎(chǔ)47-51
• 5.2.1 有限應(yīng)變法(FS,Finite Strain)49
• 5.2.2 保持主方向法(PPD,Preservation of Principal Directions)49-51
• 5.3 心臟彌散張量的計(jì)算51-53
• 5.4 心臟彌散張量重定向的實(shí)現(xiàn)53-56
• 5.4.1 張量重定向步驟53-54
• 5.4.2 張量重定向結(jié)果54-56
• 5.5 本章小結(jié)56-57
• 6 結(jié)論57-59
• 6.1 工作總結(jié)57
• 6.2 工作展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果63-65
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集65

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本文編號(hào)：602187