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第1章 常用心脏医学成像技术1

1.1 医学成像技术概述1

1.2 X射线图像2

1.3 MRI医学图像5

1.3.1 MRI原理6

1.3.2 MRI成像影像因素12

1.4 CT医学图像13

1.4.1 CT成像基本原理14

1.4.2 评价CT图像质量的主要指标17

1.5 SPECT医学图像19

1.6 超声医学图像21

1.7 心血管造影术22

1.8 常用影像检查方法的比较分析22

1.9 心脏病变的基本X射线、CT、MRI和DSA表现23

1.9.1 心脏病变的基本X射线表现23

1.9.2 心脏大血管病变的基本CT和MRI表现24

1.9.3 心脏大血管病变的基本DSA改变24

第2章 基于心脏医学图像的模型技术26

2.1 心脏模型技术概况26

2.1.1 心脏的物理模型26

2.1.2 心脏的数字化模型27

2.2 表面模型技术27

2.2.1 连续表面模型28

2.2.2 离散表面模型29

2.3 可变模型技术29

2.3.1 泛函与变分31

2.3.2 基于轮廓（skeleton-based）的可变模型35

2.3.3 MetaMorphs模型35

2.3.4 Snake模型及其改进36

2.3.5 基于模式分析的可变模型39

2.4 统计模型技术40

2.4.1 活动形体模型41

2.4.2 主动外观模型42

2.5 心脏活动形体模型的构建44

2.5.1 三维点分布模型（PDM）的构建44

2.5.2 主动量分析与活动形体模型45

2.5.3 模型的拟合与匹配47

2.5.4 统计形体模型的改进50

2.6 本章小结50

第3章 基于图像局部不变特征的模型初始化和优化51

3.1 图像的不变特征51

3.2 局部不变特征——SIFT特征51

3.2.1 检测尺度空间极值点52

3.2.2 精确定位极值点54

3.2.3 关键点方向指定55

3.2.4 关键点描述子的生成56

3.3 全局图像特征57

3.3.1 图形上下文57

3.3.2 矩不变量58

3.4 基于图像局部不变特征的ASM模型初始化59

3.4.1 改进图形上下文60

3.4.2 使用归一化图形上下文优化SIFT特征的匹配结果61

3.4.3 关键点模型的建立64

3.4.4 关系模型的建立67

3.4.5 分割与拟合68

3.4.6 实验分析和讨论70

3.5 基于图像全局不变特征的ASM模型优化72

3.5.1 矩不变量的选择73

3.5.2 主动检测策略75

3.5.3 主动修正策略76

3.5.4 实验和结果79

3.6 结论82

第4章 心脏模型的三维表达与计算84

4.1 图像数据和模型的预处理84

4.2 基于B样条的三维表示84

4.2.1 B样条曲线85

4.2.2 B样条曲面88

4.2.3 柱坐标系下的B样条曲面89

4.3 基于NURBS的三维表示90

4.3.1 NURBS曲线90

4.3.2 NURBS曲面91

4.3.3 柱坐标系下的NURBS曲面91

4.4 基于NURBS的心脏三维表示92

4.4.1 心脏模型数据获取92

4.4.2 基于NURBS曲线的心脏表面拟合94

4.4.3 基于NURBS曲面的心脏表面拟合95

4.4.4 不同坐标系的NURBS比较95

4.5 NURBS形状调整97

4.5.1 调整控制点97

4.5.2 调整权因子NURBS齐次坐标表示97

4.5.3 基于约束化的NURBS形状修改100

4.5.4 数值实验102

4.6 基于NURBS曲面积分的心脏容积计算方法103

4.6.1 NURBS曲线曲面的矩阵表示103

4.6.2 封闭NURBS曲线面积计算方法107

4.6.3 NURBS曲面体积计算方法108

4.6.4 实验与结果分析110

4.7 本章小结113

第5章 基于模型心脏参数分析114

5.1 基于图像的分析技术114

5.1.1 基于图像的分析技术现状114

5.1.2 基于模型的心脏图像分析过程116

5.2 基于模型技术心脏功能参数的分析现状117

5.2.1 整体功能参数分析117

5.2.2 动态功能分析119

5.3 基于模型心脏静态参数估算121

5.3.1 基于模型的左心室静态参数估算121

5.3.2 静态参数的特性122

5.4 基于模型心脏运动参数估算122

5.4.1 心脏点分布模型的三次样条插值122

5.4.2 心肌运动幅度计算127

5.4.3 速度及加速度计算128

5.5 小结130

第6章 基于ASM模型的心室壁力学分析131

6.1 柔性体力学特性131

6.1.1 弹性力学基本理论131

6.1.2 生物柔性材料特点133

6.1.3 左心室壁弹性特征133

6.2 心室壁位移场拟合135

6.2.1 B样条曲面反向运算135

6.2.2 拟合左心室位移场136

6.3 心室壁应变计算138

6.3.1 基于PCA的心室壁纤维方向确定138

6.3.2 应变计算139

6.3.3 应变插值142

6.4 心室壁应力计算143

6.4.1 弹性模量的估算143

6.4.2 弹性矩阵的估算143

6.5 实验与结果分析144

6.6 应力应变参数分析148

6.6.1 心功能压力-容积分析148

6.6.2 应力应变与其他运动参数153

第7章 心脏功能参数的统计分析与应用158

7.1 运动参数值概率统计158

7.1.1 统计分析方法的确定159

7.1.2 线性判别函数设计160

7.1.3 统计步骤及结果162

7.2 心肌区域及整个心室统计及表示166

7.2.1 心肌面统计与显示166

7.2.2 心室统计及表示166

7.3 统计结果的应用167

7.3.1 利用统计结果判别心脏疾病168

7.3.2 病变区域在二维切片上的标注170

7.4 小结171

第8章 心脏功能分析系统实例——MIAHF软件172

8.1 软件功能图172

8.2 软件简介173

8.2.1 功能模块173

8.2.2 应用领域173

8.2.3 软件性能173

8.2.4 运行环境174

8.2.5 软件功能列表174

8.3 安装与使用说明176

8.3.1 文件读取176

8.3.2 结果保存178

8.3.3 相位选择179

8.3.4 单相位图像拟合180

8.3.5 多相位图像拟合184

8.4 MRI图像分析操作指南185

8.4.1 单相位分析186

8.4.2 多相位分析188

8.5 SPECT图像分析操作指南191

8.5.1 单相位分析191

8.5.2 多相位分析194

8.6 对读取拟合结果进行分析196

8.6.1 切层数据读取196

8.6.2 对单个拟合结果进行分析197

8.6.3 读取多个拟合结果进行分析198

8.6.4 拟合结果保存200

参考文献202