粒子濾波器在X線透視影像序列運(yùn)動目標(biāo)跟蹤中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技的快速發(fā)展，介入植入動脈支架已成為當(dāng)代攻克主動脈瘤等多種疾病的新興治療方法。荷蘭Leiden大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心的研究者提出了透視 X線成像立體攝影測量分析技術(shù)(FRSA),開展了對腔內(nèi)修復(fù)術(shù)后的動脈和腔內(nèi)動脈支架進(jìn)行測量和實(shí)時動力學(xué)特性研究,但目前的研究進(jìn)展仍然停留在腔內(nèi)動脈支架標(biāo)記的精確檢測和三維重構(gòu)的層面。
　　本文緊跟這一研究課題，從FRSA獲得的數(shù)字X線透視影像序列出發(fā),在深入理解現(xiàn)有數(shù)字X線透視影像分析技術(shù)的基礎(chǔ)上

2、,探究腔內(nèi)動脈支架標(biāo)記檢測與跟蹤的新方法。本文主要開展了三個方面的工作:
　　1)基于方向支持度變換(DSVT)的動脈支架標(biāo)記檢測。DSVT是在加權(quán)映射最小二乘支持向量機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展成的一種各項(xiàng)異性的局部分析技術(shù)。針對現(xiàn)有的復(fù)雜動態(tài)背景下運(yùn)動目標(biāo)檢測技術(shù)無法解決X線透視影像中動脈支架標(biāo)記檢測問題,本文通過詳細(xì)深入地分析DSVT技術(shù)原理和結(jié)合X線透視影像數(shù)據(jù)特點(diǎn),創(chuàng)建了兩種動脈支架標(biāo)記檢測器:a)在 DSVT技術(shù)基礎(chǔ)上,基于Hes

3、sian矩陣檢測器的構(gòu)建,提出了基于 DSVT的動脈支架標(biāo)記檢測器;b)為了解決X線透視影像中符合泊松分布的光子噪聲對檢測結(jié)果的影響,把條件方差穩(wěn)定(CVS)技術(shù)融入到DSVT中,進(jìn)一步地提出了基于CVS-DSVT的動脈支架標(biāo)記檢測器。在檢測階段,本文根據(jù) X線透視影像數(shù)據(jù)的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行了影像的去邊框處理,定位影像中動脈支架標(biāo)記所在局部區(qū)域,最后在定位的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了動脈支架標(biāo)記的檢測。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,本文提出的動脈支架標(biāo)記檢測方法能

4、夠?qū)崿F(xiàn) X線透視影像中動脈支架標(biāo)記的精確檢測,進(jìn)而豐富了多個運(yùn)動小目標(biāo)的檢測方法,拓展了DSVT技術(shù)在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。
　　2)基于形狀上下文的動脈支架標(biāo)記匹配。由于序列X線透視影像中的所有動脈支架標(biāo)記之間沒有明顯的差異，所以狹義地對每個動脈支架標(biāo)記逐個地進(jìn)行匹配是不易實(shí)現(xiàn)的。本文將任意連續(xù)兩幀X線透視影像中各個動脈支架標(biāo)記匹配的獨(dú)立問題當(dāng)作一個任意連續(xù)兩幀影像中所有動脈支架標(biāo)記同時匹配的整體問題。每幀影像中所有動脈

5、支架標(biāo)記被看成一個不規(guī)則圓環(huán)邊界的離散采樣點(diǎn),檢測階段得到的動脈支架標(biāo)記中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)作為這些離散采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)?；谶@些離散采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù),采用形狀上下文匹配技術(shù)進(jìn)行任意連續(xù)兩幀 X線透視影像中動脈支架標(biāo)記的匹配。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,動脈支架標(biāo)記中心點(diǎn)的對數(shù)極坐標(biāo)直方圖驗(yàn)證了形狀上下文匹配技術(shù)在序列 X線透視影像中動脈支架標(biāo)記匹配問題上具有可行性,最終的匹配結(jié)果更證實(shí)了該方法能夠?qū)崿F(xiàn)動脈支架標(biāo)記的準(zhǔn)確匹配。
　　3)基于改

6、進(jìn)粒子濾波器的動脈支架標(biāo)記跟蹤。鑒于序列X線透視影像中動脈支架標(biāo)記的跟蹤問題實(shí)際是一個非線性非高斯的目標(biāo)跟蹤問題,本文選擇采用粒子濾波器進(jìn)行動脈支架標(biāo)記的跟蹤。然而傳統(tǒng)的粒子濾波器在為了克服粒子退化現(xiàn)象而進(jìn)行的重采樣階段,只是簡單地復(fù)制權(quán)值較大的粒子而剔除權(quán)值較小和為零的粒子,這樣造成了粒子的有效性和多樣性喪失,即導(dǎo)致了粒子貧化現(xiàn)象。在粒子濾波器進(jìn)行重要性采樣之后,本文從函數(shù)估計(jì)角度采用映射最小二乘支持向量機(jī)的函數(shù)擬合模型對粒子的權(quán)值進(jìn)