双视点血管造影图像的非定标三维重建

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1、1绪论1.1课题背景本课题以国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“重要临床医学信息处理的关键科学问题研究”的子课题“数字减影血管减影智能分析与三维重建”为背景，重点研究双视点血管造影图像的非定标三维重建问题，解决估计对极几何的精度问题并兼顾算法的实时性要求，较好地重建出血管的三维结构。以下陆续有更为详细的相关背景的介绍。1.2血管造影技术的基本原理和应用血管造影术历史悠久，从Roentgen1895年发现X线后仅2个月Haskek和Lindental首次在离体上肢的动脉内注入白垩溶液进行动脉造影的尝试。以后随着血管造影

2、技术和造影剂的不断改进，尤其是1953年Seldinger设计的循导引钢丝插入导管，使经皮穿刺法成为简便、安全的动脉造影术。1963年ZiedesdesplatnesB.G首先利用同一患者的脑血管与颅平片（既负片，此片的体位、射线方向与造影片相同）翻印成正片（作为掩盖片Maskfilm）互相重叠，将此重叠的两片覆盖于未感光的X线胶片上，用可见光曝光，经冲洗印成减影片。这一方法手续繁琐，不易完全重叠而产生伪影，影响质量，因此在临床上没有推广应用。自70年代以来，计算机技术的不断发展和完善，为血管造影的研究提供了广阔的前景。70

3、年代后期，美国的Wisconsin和Arizona大学的小组和西德KeilKinderKlink医学中心各自独立地对数字减影血管造影术研究，并对这一技术的发展做出了杰出的贡献。血管造影术的基本原理是将含有机化合物在X线照射下透明的造影剂快速注入血流，将血管在X线照射下显影，同时有快速摄片，电视摄影或磁带录像等方法，将血管腔的显影过程拍摄下来，从显影的结果可以看到含有造影剂的血液流动顺序，以及血管充盈情况，从而了解血管的生理和解剖的变化，并以造影剂排1出的路径及快、慢推断有无异常通道和血液动力学改变，在血管疾患的临床诊断中，具

4、有十分重要的意义。如果将注入造影剂前后拍摄的两帧X线图像经数字化输入图像计算机，通过减影、增强和再成像过程来获得清晰的纯血管影像，就是数字减影血管造影术，由于心脏本身的运动会导致减影过程出现较大误差，所以心血管造影术通常是未将心血管造影图像减影的。[1]血管造影术目前已广泛用于临床，主要用于血管疾病的诊断、疗效的观察，如：脑部血管系统造影：主要用于脑血管疾病诊断；颅内占位病变定位诊断；脑内肿瘤定位及定性诊断；外伤性颅内血肿；术后观察；以及颅骨、头皮、眼及颜面部疾病的诊断。严重动脉硬化；心肾功能不良等。呼吸系统造影：胸部的动脉

5、或静脉造影，有助于肺部疾病的诊断，包括肺动脉造影、主动脉造影、支气管动脉造影、上腔静脉造影、奇静脉造影。还可通过支气管动脉造影，观察各种类型的肺部肿瘤，观察其血管网。心血管系统造影：心血管造影的日的主要是进一步肯定诊断，详细了解病变的解剖和功能变异，为外科手术作难备。可检查主动脉瓣关闭不全，主动脉与肺动脉、右心等处的异常交通，血栓和纵隔肿瘤，左心房肿瘤等病变。其中，冠脉造影广泛应用于诊断、评价冠心病，选择冠脉的介入治疗和手术治疗，可以明确冠脉病变，显示动脉粥样硬化以及冠脉狭窄等。腹部血管系统造影：腹主动脉及其主要干支如肾动脉

6、、腹腔动脉及其属支，肠系膜上及其肠系膜下动脉等在血管造影检查中均能很好地显示。目前，腹部血管的血管造影检查中，应用最广泛的是肝、肾动脉造影。四肢血管系统造影：血管造影可以诊断四肢动脉及其干支的狭窄和闭塞，也可用于显示动脉瘤、动脉畸形。在介入放射学中，能实时显示导管或导丝在血管内推进的情况，并清楚地观察其与血管的关系，使其头部的定位更为精确，因而能加速选择性或超选择性插管的操作。也有助于各种介入性操作，如出血病灶和畸形血管的栓塞，肿瘤血管的栓塞或局部注入化学药物，采用气囊导管对狭窄的血管施行腔内成形术等。21.3血管造影图像的

7、三维重建技术血管造影技术的发展可以从造影图像中提取出血管重要的量化信息，检测并量化器官狭窄的程度以及对血管树进行三维重建。估计器官狭窄有两种数字化方法：给定直径的血管轮廓分析以及给定区域参数的密度分析。最常用的估计器官狭窄的方法是估计百分率器官狭窄，它被定义为在一段特定长度的血管内血管直径或者面积减少的百分比。尽管密度分析由于其独立于横截面形状和造影视点的性质可以提供对器官狭窄的功能重要性分析更多的信息，对器官狭窄的完整分析仍需要三维绝对形状的分析。血管的三维重建可以应用于很多方面，例如，它可以被显示以得到血管拓扑结构的现实

8、表达；除了作显示用，它还可以计算不可直接由二维造影图像得到的空间血管参数，还可以估计主要取决于血管的绝对大小、形状和长度而非百分率器官狭窄的血管动力学参数，这是有很高的诊断重要性的；同时，血管段的三维结构是对冠状动脉疾病的完整估计的先决条件。当然，只有这些视觉化问题得以成功解决方能最优化地