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SPECT心肌重建图像的左心室长轴自动定位方法研究

作　者: 关鑫龙
导　师: 马天予
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 单光子发射断层成像左心室长轴定位图像处理
分类号: R541
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要

单光子发射断层成像技术(SPECT)被广泛应用于心脏疾病的诊断当中。对于SPECT心肌灌注重建图像，首先需要对左心室长轴定位，从而生成便于医生诊断的心轴三断面图像。由于SPECT图像的空间分辨率低、图像噪声性能差以及病人个体差异大等问题，左心室长轴自动定位算法的准确实现是一个难点。本文提出并实现了三种SPECT心肌灌注图像的左心室长轴自动定位算法，并通过模拟数据和临床数据对三种算法进行了测试与评估。本论文首先将定位过程分解为五个模块：去噪声与二值化，感兴趣区（ROI）提取，图像重采样，心肌轮廓采样，拟合定位。“去噪声与二值化”模块使用迭代方法获取阈值，去除背景噪声并将图像二值化；“ROI提取”模块利用腐蚀膨胀算法去除噪声点，并使用改进后的连续区块方法提取出三维ROI区域；在“图像重采样”模块中，通过双线性插值法增大数据量并平滑边界；“心肌轮廓采样”模块采用骨架化采样法和三维球体放射采样法，给出描述左心室心肌轮廓特征的采样点集合；最后在“拟合定位”模块中，使用二次二维拟合方法（或一次三维拟合方法）将采样点集拟合成二次曲线（面），从而定位左心室长轴。通过上述模块整合以及后两个模块不同实现技术的选取，本论文提出了三种左心室长轴自动定位算法：SK-2D，SK-3D和SP-3D。同时，在Visual Studio2010和MATLAB2010b环境下，编写图形用户界面应用程序实现三种定位算法。为了全面测试评估三种算法，本论文基于标准人体胸腔数值模型NCAT与蒙特卡罗模拟，生成了三类模拟数据用于测试：原始模体数据，投影重建数据和含噪声投影重建数据。每类数据包含了49种左心室长轴的偏转情形。最终测试结果表明，三种定位算法对所有测试组实现了成功定位，在总计441组测试，共882个定位结果当中，超过89%的绝对误差小于5度，其准确性满足临床定位要求。其中SK-2D算法给出的结果最优。最后，使用两组真实临床SPECT心肌灌注图像对三种定位算法进行测试，生成了左心室长轴投影图像和心轴三断面图像，且算法实现时间均在100ms内，证明了三种算法定位结果的合理性。综上，本论文提出并实现了三种SPECT心肌灌注图像的左心室长轴自动定位算法，并进行了大量的数据测试，验证了所提出的算法可以准确、有效地实现左心室长轴自动定位。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-16
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.1 单光子发射计算机断层成像技术与心肌灌注成像  9-10
    1.1.2 SPECT 心肌灌注图像的左心室长轴定位  10-12
  1.2 SPECT 左心室长轴定位算法研究现状  12-14
  1.3 论文研究内容与结构安排  14-16
    1.3.1 论文整体安排  14
    1.3.2 各章内容简介  14-16
第2章模块化左心室长轴自动定位算法设计  16-51
  2.1 算法模块化  16-18
  2.2 模块设计  18-49
    2.2.1 去噪声与二值化  18-20
    2.2.2 ROI 提取  20-29
    2.2.3 图像重采样  29-32
    2.2.4 心肌轮廓采样  32-38
    2.2.5 拟合定位  38-49
  2.3 三种左心室长轴自动定位算法  49-50
  2.4 本章小结  50-51
第3章 SPECT 左心室长轴自动定位算法程序实现  51-59
  3.1 程序需求分析  51-52
  3.2 程序开发方案  52-53
    3.2.1 开发环境和工具  52
    3.2.2 程序之间使用二进制文件传输  52
    3.2.3 创建新类（class）  52-53
  3.3 程序功能实现  53-58
    3.3.1 图形用户界面  54-57
    3.3.2 各阶段结果可视化  57
    3.3.3 算法调试功能  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第4章模拟数据测试  59-93
  4.1 测试方案  59-64
    4.1.1 测试数据类型  59-62
    4.1.2 测试样本(α, β)的确定  62
    4.1.3 评估标测  62-64
  4.2 模拟数据的生成与修正  64-73
    4.2.1 模体生成  64-69
    4.2.2 模体修正  69-73
  4.3 模拟数据测试结果  73-91
    4.3.1 测试结果  74-90
    4.3.2 算法总结  90-91
  4.4 本章小结  91-93
第5章临床数据测试  93-97
  5.1 临床 SPECT 数据的生成与特征  93
  5.2 临床数据测试结果  93-96
    5.2.1 左心室长轴定位结果  93-95
    5.2.2 算法运行时间  95-96
  5.3 本章小结  96-97
第6章总结与展望  97-98
参考文献  98-100
致谢  100-102
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  102

SPECT心肌重建图像的左心室长轴自动定位方法研究

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