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1、摘要 论文题目: 专业 硕士生 指导教师: 医用X线减影成像技术的研究 信号与信息处理 储颗 牟轩沁教授 医用 X 线减影成像技术的研究 摘要 医用X线减影成像技术， 尤其是针对旋转序列的D S A减影术， 近年来一直是国际医学图像处理领域的研究热点。本文在分析和 讨论传统医用 X线减影成像技术的基础上，研究了基于模板匹配 法和减影直方图信息的D S A矫正技术，开发了与之相配套的医学 D I C O M图像数字减影浏览处理器软件。 传统的运动矫正技术包括光流技术与模板匹配技术。 前者由于 基本假设的局限性不适用于DS A矫正，后者以其较强的健壮性成 为大多数方法的首选。以模板匹配法为前提，论
2、文在相似性准则、 控制点选取、映射与插值、灰度矫正等多个层面进行实验，找到 了最优矫正策略组合，即:基于模板匹配法和减影直方图信息的 D S A矫正技术。 包括选取E H D准则作为相似性准则， 依实际情况 选择规则控制点和三角网格控制点，提出一对一映射拉伸策略和 基于减影直方图特性的灰度矫正方法。 在此基础上，开发了集医学 D I C O M图像显示、浏览、动态演 示、保存、格式转换以及数字减影功能于一身的综合浏览处理器， 以方便后继研发人员进一步研究。 【 关键字】D S A，模板匹配，相似性准则，减影直方图 【 论文类型】应用研究 西安交通大学硕士学位论文 Ti t l e : Ma j
3、 o r : Na me : S u p e r v i s o r : T h e R e s e a r c h o n Me d i c a l X - r a y I m a g e s U s i n g D i g i t a l S u b t r a c t i o n A n g i o g r a p h y R e g i s t r a t i o n T e c h n i q u e S i g n a l a n d I n f o r m a t i o n P r o c e s s i n g C h u Y i n g P r o f . Mo u X u
4、 a n q i n T h e R e s e a r c h o n Me d i c a l X - r a y I ma g e s U s i n g D i g i t a l S u b t r a c t i o n A n g i o g r a p h y R e g i s t r a t i o n T e c h n i q u e Ab s t r a c t I n r e c e n t y e a r s , f o c u s e s i s p u t o n D S A r e g i s t r a t i o n t e c h n i q u e
5、s b y p e o p l e i n i n t e rna t i o n a l me d i c a l i m a g e p r o c e s s i n g f i e l d . T h r o u g h a n a l y z i n g a n d d i s c u s s i n g c o n v e n t i o n a l m e d i c a l X - r a y i m a g i n g t e c h n i q u e s , r e s e a r c h e s a r e d e v e l o p e d o n D S A r e
6、 g i s t r a t i o n b a s e d o n t e m p l a t e m a t c h i n g a n d h i s t o g r a m o f s u b t r a c t i o n . A s o f t w a r e n a m e d Me d i c a l D I C O M I ma g e s D S A B r o w s e r a n d P r o c e s s o r i s d e s i g n e d . T h e c o n v e n t i o n a l mo t i o n c o r r e c
7、t i o n t e c h n i q u e s i n c l u d e me t h o d s b a s e d o n o p t i c fl o w a n d me t h o d s b a s e d o n t e m p l a t e ma t c h i n g . T h e f o r me r d o e s n o t f i t f o r D S A r e g i s t r a t i o n d u e t o t h e l i mi t a t i o n o f i t s b a s i c a s s u m p t i o n
8、, t h e l a t t e r i s p r e f e r r e d b y i t s s t r o n g r o b u s t c h a r a c t e r . E x p e r i me n t s a r e d e v e l o p e d o n d i f f e r e n t a s p e c t s , i n c l u d i n g s i mi l a r i t y m e a s u r e s , c o n t r o l p o i n t s s e l e c t i o n , m a p p i n g a n d
9、i n t e r p o l a t i o n , g r a y l e v e l c o r r e c t i o n . C o n c l u s i o n i s t h a t t h e b e s t r e g i s t r a t i o n t e c h n i q u e r e q u i r e s u s i n g E H D m e a s u r e a s s i m i l a r i t y m e a s u r e , s e l e c t i n g r e g u l a r o r t r i a n g u l a r c
10、o n t r o l p o i n t s a c c o r d i n g t o p r a c t i c a l s i t u a t i o n , a p p l y i n g t h e n e w o n e - t o - o n e s t r e t c h ma p p i n g me t h o d , u t i l i z i n g t h e i n f o r m a t i o n o f s u b t r a c t i o n h i s t o g r a m f o r g r a y l e v e l r e g i s t r
11、a t i o n . Wi t h t h e a b o v e c o n c l u s i o n , t o p r o v i d e c o n v e n i e n c e f o r s u b s e q u e n t r e s e a r c h e r s , a n i n t e g r a t e s o f t w a r e i s d e s i g n e d , w h i c h h a s a b u n d a n t f u n c t i o n s , i n c l u d i n g d i s p l a y , b r o w
12、 s e , d y n a m i c s h o w , s a v e , f o r ma t c o n v e r s i o n a n d D S A r e g i s t r a t i o n . K e y wo r d s : D S A, T e m p l a t e Ma t c h i n g , S i m i l a r i t y Me a s u r e H i s t o g r a m o f S u b t r a c t i o n 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1 医用 x 线减影的背景及意义 1 . 1 . 1医用 x 线减影成像技术
13、的研究背景 医用 x线减影成像技术即数字减影血管造影术作为一项新的 临床诊断及治疗方法从8 0 年代中后期开始在我国迅速得到应用和 普及。 其英文全称为: D i g i t a l S u b t r a c t i o n A n g i o g r a p h y , 简称D S A . D S A是 数字x 线成像( D i g i t a l R a d i o g r a p h y . D R ) 的一 个组 成部分。 D R是先使人体某部位在影像增强器( I I T V ) 荧屏上成像， 用高分辨率摄像管对I I T V上的图像行序列扫描， 把所有的连续视 频信号转为间断的各自
14、 独立的信息， 有如把I I T V上的图像分成一 定数量的小方块，即象素。之后经模拟/ 数字转换器转化成数字， 并按序排列成字矩阵。这样，图像就被数字化了( 参见图1 - 1 ) . 国健泪分为象盆 ( 象派化) 图 I 一1象素转换为数字 ( 数字化) 西安交通大学硕士学位论文 数字减影血管造影的方法有几种 ，其中常用的是时间减影法 ( T e m p o r a l S u b t r a c t i o n M e t h o d ) 。 具体操作是: 给病人血管快速注 入含碘造影剂，在造影剂到达要检查血管之前开始连续成像，经 历血管内造影剂浓度处于高峰期和造影剂渐渐退出检查部位血管
15、两大时期，得到一系列连续图像。在这一系列图像中，取一帧血 管内不含造影剂的图像和含造影剂最多的图像，用同一部位两帧 图像的数字矩阵，经计算机数字减影处理，使两个数字矩阵中代 表骨骼及软组织的数字被抵消，而代表血管的数字不被抵消。这 样， 这个经计算机减影处理的数字矩阵将没有骨骼和软组织影像， 只有血管影像，达到了减影目的。这两帧图像称为减影对，因在 不同时间得到，故称为时间减影法。时间减影法的各帧图像是在 造影过程中得到，易因病人运动而不尽一致造成减影对不能精确 重合，即配准不良，致使血管影像模糊。 上面讲述的是二维平面上的 D S A减影。对于医生来说，仅观 察一个角度的血管影像通常难以全面
16、的反映病变部位的客观情 况。因此，目前国际上比较流行的D S A技术是对二维旋转影像序 列进行时间减影。具体做法与上面类似，只不过病人需要躺在检 查台上接受两次旋转 X光机照射。第一次是未注射造影剂时 X光 机绕病人旋转对病变部位拍摄的一系列蒙片图像 ( M a s k I m a g e s ) , 第二次是注入造影剂后在相同位置对病变部位拍摄的一系列盈片 图 像 ( C o n t r a s t I m a g e s ) 。通常X光机旋转一次拍摄几十帧到上百 帧图像，对于 1 0 2 4 X 1 0 2 4大小的图像，每秒可拍摄 2 5帧.这两 组帧数相同的序列图像再经 D S A处理，即可得到清晰的减影血管 旋转序列图像。当连续播放减影帧时，视觉效果上看到的血管有 如三维立体图像在旋转，便于医生进行直观诊断。 然而， 蒙片序列和盈片序列由于在不同时刻拍得， 其中要经历 一次造影剂注射操作， 很难避免病人在这个过程中保持绝对静止。 如果拍摄的是下领部位，咀嚼、吞咽等动作就更加无法避免.其 次，由于设备存在机械误差，两次拍摄时对应蒙盈片位置会存在 微小差异。因此，旋转序列
