小兒先心病超聲圖像的虛擬內(nèi)窺鏡關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、先天性心臟病是一種較為常見的兒科類疾病，同時(shí)也是嚴(yán)重危及嬰幼兒生命的主要病癥之一。已有的臨床診斷方法，大都是基于傳統(tǒng)的二維超聲成像技術(shù)對(duì)先心病進(jìn)行診斷，難以提供較為全面的患兒影像信息。
　　 為了改善臨床診斷的準(zhǔn)確性與可靠性，我們設(shè)計(jì)、開發(fā)了一套基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，以期為醫(yī)生提供一種針對(duì)小兒先心病的有效的輔助診斷工具。研究中，我們通過與上海兒童醫(yī)學(xué)中心、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院合作，對(duì)如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到

2、小兒先天性心臟病的定性和定量診斷方面進(jìn)行了探索。
　　 斑點(diǎn)噪聲是超聲圖像中的固有現(xiàn)象。斑點(diǎn)噪聲的存在降低了超聲圖像的視覺質(zhì)量。為基于超聲圖像的醫(yī)學(xué)診斷環(huán)節(jié)帶來諸多的不利影響。因此，對(duì)醫(yī)學(xué)超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理將會(huì)對(duì)后續(xù)的虛擬現(xiàn)實(shí)可視化過程產(chǎn)生重要的影響。
　　 本論文的主要工作分為以下幾個(gè)方面：
　　 (1)在圖像降噪環(huán)節(jié)中，我們設(shè)計(jì)了一種新的針對(duì)超聲圖像的閾值降噪方法，這種方法使用了曲線波變換的多尺度特性和多方向

3、性。在降噪閾值的確定過程中，利用無偏風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)準(zhǔn)則，并結(jié)合曲線波系數(shù)的鄰域信息，提出了一種曲線波域最優(yōu)閾值的降噪模型。實(shí)驗(yàn)表明，本文的降噪模型在對(duì)超聲圖像中的噪聲進(jìn)行有效抑制的同時(shí)，能夠?qū)τ趫D像中的邊緣細(xì)節(jié)信息進(jìn)行較好的保持。
　　 (2)在圖像的分割環(huán)節(jié)，我們提出了一種拓?fù)鋵?dǎo)數(shù)尋優(yōu)與區(qū)域融合策略相結(jié)合的超聲圖像分割方法。首先使用區(qū)域融合技術(shù)，并結(jié)合圖像的梯度信息對(duì)圖像進(jìn)行初始的預(yù)分割，預(yù)分割后的圖像被劃分為一系列具有勻質(zhì)化特征的

4、子區(qū)域。再利用拓?fù)鋵?dǎo)數(shù)的原理，將圖像的分割問題轉(zhuǎn)化為代價(jià)泛函的最優(yōu)化求解過程，對(duì)前述的預(yù)分割的結(jié)果進(jìn)行細(xì)化分割。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文的分割方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于心臟超聲圖像、尤其是圖像中的瓣膜區(qū)域進(jìn)行較好的分割。
　　 (3)為了消除在圖像的采集過程中，由于患兒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的偽影。研究中我們使用了一種基于三維剛體變換的圖像配準(zhǔn)方法對(duì)心臟超聲圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以消除圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影。我們將圖像的梯度信息與區(qū)域互信息相結(jié)合，作為配準(zhǔn)過程中的相似性

5、度量參數(shù)，同時(shí)使用粒子群算法對(duì)配準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行求解。結(jié)果顯示，這種配準(zhǔn)方法能夠?qū)τ趫D像中的運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行有效的消除。
　　 (4)研究中，我們對(duì)于虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的功能進(jìn)行了擴(kuò)充，增加了多視角顯示和三維測量的功能，以期為臨床醫(yī)生提供更為全面的輔助診斷信息。同時(shí)，我們選取了16例小兒房間隔缺損(ASD)病例數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行三維可視化顯示，對(duì)虛擬顯示后的ASD面積、最大徑和最小徑進(jìn)行了測量并與臨床三維超聲心動(dòng)圖的測量結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。結(jié)果表明：