基于M-reps的可形變模型及其在心臟分割中的應(yīng)用.pdf

1、德國科學(xué)家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X射線，使得以非侵入方式取得內(nèi)部組織影像成為可能，此后僅僅幾個(gè)月時(shí)間，它就開始被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像。最近幾十年來，新圖像獲取技術(shù)日趨成熟，給臨床醫(yī)學(xué)帶來了前所未有的幫助。在醫(yī)學(xué)圖像獲取之后，對影像的后期處理和分析就成了醫(yī)學(xué)診斷的直接根據(jù)，最近十年間，各種醫(yī)學(xué)處理技術(shù)層出不窮，并形成了獨(dú)立的新興學(xué)科。如今，對醫(yī)學(xué)圖像處理的研究在全世界范圍內(nèi)各大醫(yī)學(xué)影像研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行著。醫(yī)學(xué)圖像分割是醫(yī)學(xué)圖像處理與分析的一個(gè)重要領(lǐng)

2、域，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)輔助診斷與治療的基礎(chǔ)。圖像分割對于醫(yī)學(xué)圖像處理具有重要的意義，如結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動分析、三維可視化等后續(xù)操作以及輔助外科手術(shù)、放射治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用，都假設(shè)已經(jīng)對圖像進(jìn)行了準(zhǔn)確的分割。圖像分割是一個(gè)基礎(chǔ)性的問題，同時(shí)也一個(gè)經(jīng)典難題。過去的二十年間，在圖像分割領(lǐng)域里，出現(xiàn)了各種新思路，新方法。目前，可變形模型方法已經(jīng)逐漸發(fā)展成為圖像分割最為活躍和成功的研究領(lǐng)域之一，在許多文獻(xiàn)中提到的主動輪廓、可變形輪廓或可變形表面都屬于可變形模

3、型?？勺冃文Ｐ偷幕舅枷胧墙⒛Ｐ偷哪芰亢瘮?shù)，在模型內(nèi)部控制力和外部圖像力相互作用下使曲線或曲面運(yùn)動變形并使能量函數(shù)達(dá)到最小化，從而收斂到圖象中的對象邊緣或感興趣的圖像特征。本文回顧了經(jīng)典snakes可形變模型，及其他的擴(kuò)展形變模型，著重介紹了可形變模型的基本理論及數(shù)學(xué)原理?；诳尚巫兡Ｐ偷姆椒ㄒ元?dú)特的處理手法顯示出其突出的優(yōu)點(diǎn)：圖像數(shù)據(jù)、初始估計(jì)和目標(biāo)輪廓統(tǒng)一于一個(gè)特征提取過程中；自頂向下的分割機(jī)制能夠利用高層信息(如通過人機(jī)交互、統(tǒng)

4、計(jì)模型等來限制模型的變形)來指導(dǎo)低層分割；經(jīng)適當(dāng)?shù)爻跏蓟?，模型能夠自主地收斂于能量極小值狀態(tài)?？尚巫兡Ｐ图饶鼙３执指罱Y(jié)構(gòu)體的整體性，又能有效的符合實(shí)際圖像的特征。本文首先介紹了國際上較新出現(xiàn)的m-reps可形變模型理論，然后通過對從醫(yī)院獲得的實(shí)際心臟數(shù)據(jù)手工分割的結(jié)果建立參數(shù)化的m-reps可形變模型。利用這個(gè)m-reps可形變模型，本文對三組實(shí)際的心臟圖像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程如下：首先把建好的m-reps模型初始化放置入待分割圖像

5、中，然后根據(jù)模型的參數(shù)與實(shí)際圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列coarse-to-fine的形變，這些形變的終止?fàn)顟B(tài)都是要使得一個(gè)目標(biāo)能量函數(shù)取極值(最優(yōu)化)，該目標(biāo)函數(shù)包括幾何典型度與模圖匹配度兩項(xiàng)，這樣既保持模型的整體形態(tài)又保證了分割結(jié)果與待分割圖像的匹配。把收斂狀態(tài)時(shí)的m-reps模型還原成邊界表示方式，即得到待分割圖像的分割結(jié)果。文章對分割結(jié)果進(jìn)行了分析，并與對相同數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分割的結(jié)果作科學(xué)的比較。M-reps以其表示物體結(jié)構(gòu)的有效性、多層次