基于C型臂的冠状动脉旋转三维成像方法研究

基于C型臂的血管三维成像技术能够克服传统二维血管造影图像的血管结构不直观及无法定量分析血管参数等缺陷，具有重要的临床应用价值。对于冠状动脉三维成像，早期的基于有限投影的血管建模方法存在成像过程难以自动化、血管形态不够准确的缺点，限制了其在临床上的应用。本项目拟开展基于C型臂的冠状动脉旋转三维成像技术的研究，解决存在血管运动的冠状动脉三维成像问题。基于图形处理器单元（GPU）开展结合造影图像量子噪声抑制的快速重建方法研究，实现冠状动脉的快速三维成像；研究C型臂旋转成像几何关系的标定方法，消除几何失真对成像质量的影响；通过心电图（ECG）门控重建和运动估计、补偿等方法的研究，实现冠状动脉不同心动时相下的高质量三维成像，从而得到冠状动脉的四维形态。研究成果能够有效推动冠状动脉疾病诊治效果的提升，具有重要的科学研究意义和临床应用价值。

基于C型臂的血管三维成像技术能够克服传统二维血管造影图像的血管结构不直观及无法定量分析血管参数等缺陷，具有重要的临床应用价值。对于冠状动脉三维成像，早期的基于有限投影的血管建模方法存在成像过程难以自动化、血管形态不够准确的缺点，限制了其在临床上的应用。为此，本项目围绕基于C型臂的冠状动脉旋转三维成像技术开展了卓有成效的研究。主要研究内容和创新点包括：（1）基于图形处理器单元（GPU）研究了结合造影图像量子噪声抑制的快速重建方法，实现了冠状动脉的快速三维成像；（2）实现了基于标定模体的几何关系离线标定方法，能够有效消除几何失真对成像质量的影响，并成功应用于多个国产影像系统中；（3）提出了一种结合图像L1模和全变分约束的迭代三维重建方法来解决冠状动脉心动门控三维重建中的角度采样不足问题，通过并行加速能够在10秒之内完成图像的三维重建，且重建质量优于现有方法；（4）针对造影图像中非血管背景对迭代三维重建质量的影响，提出一种基于重建过程中三维血管分割的背景抑制方法。该方法将基于区域信息的水平集分割迭代融入到图像重建迭代过程中，能够有效实现三维血管的分割及造影图像背景抑制，从而提升冠状动脉心动门控三维重建质量；(5) 提出一种基于归一化相关相似性准则的三维/二维图像形变配准方法，能够有效估计心动门控三维重建图像与二维造影图像之间的血管的运动向量场。利用该配准方法以及上述迭代三维重建方法，提出一种结合血管运动补偿的综合重建方法，能够有效解决基于C型臂冠状动脉三维重建中的投影图像角度采样不足和血管运动问题。即使在投影图像中血管形态存在运动差异的情况下，也能获得较高质量的冠状动脉三维血管形态，得到比现有方法更好的重建结果。本项目的研究成果对高端C型臂设备关键技术的研究具有重要的推动作用，对于冠状动脉疾病诊治效果的提升具有一定的帮助。