【摘 要】
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近年来,心脑血管疾病成为人类健康的头号“杀手”,血管介入手术因具有创伤小、术后恢复快、并发症少等优点,已成为治疗心脑血管疾病的重要手段。其中术前的三维影像与术中的二维影像的配准（2D-3D）对辅助医生完成手术具有重要意义。针对传统基于迭代的配准方法耗时长的问题,本文将医学图像处理与计算血液动力学两者相结合,通过重建、耦合、配准等手段获得病患在手术中血管的实时三维信息,通过分析血液与血管壁的相互耦合
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近年来,心脑血管疾病成为人类健康的头号“杀手”,血管介入手术因具有创伤小、术后恢复快、并发症少等优点,已成为治疗心脑血管疾病的重要手段。其中术前的三维影像与术中的二维影像的配准（2D-3D）对辅助医生完成手术具有重要意义。针对传统基于迭代的配准方法耗时长的问题,本文将医学图像处理与计算血液动力学两者相结合,通过重建、耦合、配准等手段获得病患在手术中血管的实时三维信息,通过分析血液与血管壁的相互耦合效应,为医生研究病患的病理情况提供研究方法与理论基础。本文的主要工作如下:首先,为得到准确的血管结构信息,发现主动脉在成像时造影剂扩散的过程相对明显,单帧数字减影血管造影（Digital subtraction angiography,DSA）中血管结构不完整,需要将序列分段并提取时序方差特征图,利用空间特征处理得到完整的血管结构。为进一步观察血管形状、病变及参数量化等信息,采用高通频率滤波器对血管进行增强,降低背景点噪声,最终获得精准的血管结构数字影像重建（Digitally Reconstructed Radiographs,DRR）生成模型。其次,为得到图像配准的仿真DSA图像,利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对血液血管进行流固耦合模拟,分析流体对血管壁的作用效果。利用图像信息重建血管三维模型,借助超弹性本构模型分析在一个心动周期内血管内壁受到的壁面剪切应力,得到血管的形变模型,并对其进行拟合计算得出血管壁径向变形的DSA图像,从而提高图像配准的精度。最后,为提高对术前三维血管图像与术中二维血管图像的配准精度和配准效率,基于互信息和改进的归一化互信息的配准方法。利用归一化互信息测度,优化对互信息的计算方法,根据DSA与DRR图像的差异性提出利用血管形状进行配准。结合三维影像重建、DRR生成模型及Powell优化策略从而实现2D-3D图像非刚性配准。
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