脑科学和医疗技术

基于模型的旋转冠状动脉造影三维重建*
李泽文1，胡轶宁2
(1.东南大学生物科学与医学工程学院，南京 210096;2.东南大学计算机科学与工程学院，南京，210096）
摘要：本文提出了一种基于模型的稀疏角度投影图像冠状动脉体数据重建方法，本文的工作主要包括：1）提出了一种血管结构参数化算法，该算法在保证不同节段血管表面的空间连续性的基础上，对血管分支分叉不为进行自动识别和连接；2）建立了一种基于投影数据匹配的血管半径估计方法，用于设定血管初始半径；3）在参数优化过程中引入了包含利用血管结构先验知识和弹性先验进行约束，保证了血管结构的的平滑性和弹性先验以此来并排除降低噪声的干扰和，增大对初始坐标位置误差的容许度，并利用算法利用梯度下降法进行迭代优化。实验表明该重建方法对冠状动脉X射线造影重建能够收敛并具有较精确的重建结果。
关键字：三维重建；冠状动脉；X射线；旋转造影；模型
中图分类号：R318.0文献标识码：A


Object-Based 3-D Reconstruction of Arterial Trees from Coronary Angiograms
LI Ze-wen1,HU Yi-ning2
1(School of Bio-Medical Engineering, Southeast University, Nanjing, 210096，China）
2(Department of Computer Science and Engineering,Southeast University, Nanjing210096, China)
【Abstract】This paper describes an object-based approach to the problem of reconstructing three-dimensional descriptions of arterial trees from a few noisy angiographic projections. The stages of the method are: 1) an easy to implement parameter model are designed to represent bifurcations accurately, and ensure that the spatial continuity of the vascular surface; 2) an automatic algorithms for the initialization of parameter model; 3) The method incorporates a priori knowledge of the structure of the arteries into a natural optimality criterion that encompasses the entire arterial tree. We present an efficient optimization algorithm for object estimation, and demonstrate its performance by the experimental results.
【Key words】reconstruction; Coronary artery; X-ray; rotational angiography; parameter model
0 引言
       旋转冠状动脉造影是一种X射线投射成像技术，具有很高的临床价值[1]。利用三维重建算法，可以使得医师能够对冠状动脉进行更加直观的观察。在现有的冠状动脉三维重建算法中，基于模型的重建算法占据了重要的地位。早期的一些工作中，一些研究人员利用二维血管骨架的精确分割，建立了三维骨架 [3]。Kostas Haris等人提出了一种在一种尽量少的人工干预下提取和标记冠状动脉数的方法[4]。Jeffrey等利用冠状动脉结构的先验知识进行了基于模型的重建，并提出了SGC模型，但是要求血管接近竖直状态，具有一定的局限性[2]。
直接利用断层图像重建技术从稀疏角度采样旋转X光冠状动脉造影图像序列重建血管的算法实现相对简单，且人工干预依赖较小，但是由于心动相位的不完全匹配以及呼吸运动的存在，该方法获得的重建体数据效果往往较差，本文提出了一种基于模型的重建算法，，该算法在断层重建结果的基础上对体数据进行优化。算法大致可以概括为：1）建立冠状动脉模型；2）进行冠状动脉模型参数化；3）结合实际的投影数据对模型参数进行优化，得到良好的三维重建体数据。