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第1章 绪论1

1.1 数字图像处理1

1.1.1 图像的概念及分类1

1.1.2 数字图像处理的发展概况2

1.1.3 数字图像处理的研究范畴3

1.1.4 数字图像处理的基本特点5

1.1.5 数字图像处理与相关学科的关系5

1.1.6 数字图像处理的应用6

1.2 图像识别7

1.2.1 系统的基本构成8

1.2.2 研究现状9

1.2.3 应用现状10

1.3 医学图像处理技术概述10

第2章 X射线冠状动脉造影及图像的后处理12

2.1 X射线造影概述12

2.1.1 X射线成像的基本原理12

2.1.2 X射线的衰减和对比度14

2.1.3 X射线图像的特点15

2.1.4 X射线血管造影16

2.1.5 数字减影血管造影17

2.2 X射线冠状动脉造影18

2.2.1 成像原理18

2.2.2 冠脉造影系统的分类19

2.2.3 造影角度20

2.2.4 造影系统的标定21

2.2.5 冠状动脉造影的临床应用22

2.2.6 冠状动脉狭窄的衡量23

2.3 CAG图像的预处理24

2.3.1 CAG图像的噪声及去噪24

2.3.2 造影图像的畸变校正24

2.4 CAG图像中二维信息的提取25

2.4.1 区域的分割25

2.4.2 骨架的提取27

2.4.3 骨架特征点的识别28

2.4.4 骨架树的拓扑结构描述29

2.5 CAG图像中三维重建30

2.5.1 三维重建的目的和意义31

2.5.2 造影成像系统的几何模型32

2.5.3 骨架点的三维重建37

2.5.4 两个视角之间对应点的匹配37

2.5.5 骨架的三维重建40

2.5.6 表面的三维重建43

2.5.7 三维重建的误差及评价方法51

2.6 冠状动脉形态参数的定量测量52

2.7 感兴趣血管段最佳造影视角的选取55

2.7.1 感兴趣血管段最佳视角的定义55

2.7.2 感兴趣血管段的投影缩短百分比57

2.7.3 满足感兴趣血管段最小投影缩短造影角度的计算59

2.7.4 满足感兴趣血管段最小遮盖造影角度的计算62

2.8 二维运动跟踪和估计64

2.8.1 冠脉运动估计的目的和意义64

2.8.2 CAG图像中的运动跟踪66

2.8.3 基于光流场的运动估计71

2.8.4 基于弹性配准的运动估计79

2.9 三维运动跟踪和估计82

2.9.1 CAG图像序列中三维运动跟踪83

2.9.2 三维运动估计88

2.9.3 三维运动参数的计算和符号描述93

参考文献100

第3章 超声成像及图像的后处理105

3.1 超声成像的原理105

3.1.1 超声成像基础105

3.1.2 人体组织的回声类型105

3.1.3 超声成像的种类106

3.2 超声成像技术和设备107

3.2.1 超声成像系统的主要构成107

3.2.2 超声成像原理109

3.2.3 超声的临床应用109

3.3 超声图像的特点112

3.3.1 单帧IVUS图像的特点112

3.3.2 IVUS图像序列的特点115

3.3.3 IVUS图像中的伪影115

3.4 超声图像的降噪117

3.4.1 中值滤波117

3.4.2 高斯滤波117

3.4.3 各向异性扩散滤波118

3.5 超声图像的分割120

3.5.1 现有方法分类120

3.5.2 基于snake模型的二维分割方法121

3.5.3 模式识别类方法122

3.5.4 三维分割方法124

3.5.5 基于snake模型的三维分割方法124

3.5.6 问题与展望129

3.6 超声图像的组织标定129

3.6.1 现有方法的分类130

3.6.2 斑块纹理特征的提取和描述131

3.6.3 分叉纹理特征的提取和描述139

3.6.4 支架纹理特征的提取和描述139

3.6.5 组织纹理特征的分类143

3.7 超声图像的检索和配准146

3.7.1 IVUS关键帧的自动检索146

3.7.2 含钙化帧的弹性配准149

3.8 冠状动脉内超声图像序列中运动伪影的抑制157

3.8.1 ICUS图像序列中运动伪影的产生机制和表现形式157

3.8.2 心电门控方法158

3.8.3 基于图像的回顾性脱机门控方法160

3.8.4 直接抑制运动伪影的方法167

3.9 三维重建169

3.9.1 X射线造影图像中导管路径的三维重建171

3.9.2 确定各帧IVUS图像的轴向位置172

3.9.3 确定各帧IVUS图像的空间方向172

3.9.4 腔内外表面的拟合175

3.10 形态参数的定量测量176

3.10.1 长度和局部曲率176

3.10.2 横截面积177

3.10.3 容积177

3.10.4 斑块的体积和厚度178

3.11 流动规律参数的估算180

3.11.1 基于三维血管模型的血管壁局部应力应变的估算181

3.11.2 基于IVUS图像的血管壁局部应力应变的估算183

3.12 形态参数与流动规律及参数的关系184

3.12.1 斑块分布与血管曲率之间的关系184

3.12.2 斑块分布与血管壁剪应力之间的关系184

3.13 组织定征显像184

3.13.1 虚拟组织成像185

3.13.2 弹性图186

参考文献187

第4章 光学相干断层成像及其图像的后处理195

4.1 光学相干断层成像195

4.1.1 OCT的成像原理196

4.1.2 OCT的成像技术197

4.1.3 OCT的临床应用198

4.1.4 OCT与超声的比较199

4.1.5 OCT技术存在的不足200

4.2 OCT图像的特点201

4.2.1 OCT图像的特点201

4.2.2 OCT图像中的伪影202

4.3 OCT图像的分割205

4.4 冠状动脉内OCT图像序列中运动伪影的抑制206

4.4.1 抑制IC-OCT图像运动伪影的主要方法206

4.4.2 基于平均帧间差异度的门控方法207

4.4.3 基于运动分量补偿的直接抑制方法212

4.5 超声与OCT图像的配准与融合217

4.5.1 图像配准基础理论218

4.5.2 图像融合基础理论219

4.5.3 图像融合的主要方法223

4.5.4 超声和OCT图像融合的研究现状223

4.5.5 基于特征点的IVUS与IV-OCT图像配准224

4.5.6 基于Bandelet变换的IVUS与IV-OCT图像融合228

4.5.7 图像融合质量的评价230

参考文献232

第5章 基于多成像方法融合的虚拟内窥镜技术236

5.1 虚拟现实技术简介236

5.1.1 虚拟现实技术的原理236

5.1.2 虚拟现实技术的特点和应用238

5.2 虚拟现实造型语言简介238

5.2.1 VRML基本概念238

5.2.2 VRML的功能和执行模式239

5.2.3 VRML编辑器和浏览器240

5.3 虚拟内窥镜技术简介241

5.3.1 基本原理241

5.3.2 研究现状242

5.3.3 主要特点243

5.3.4 技术要点244

5.4 冠状动脉虚拟内窥镜技术245

5.5 基于CAG、IVUS和IV-OCT图像融合的冠状动脉虚拟内窥镜248

5.5.1 虚拟场景下血管腔的表面拟合和显示249

5.5.2 三维血管模型的交互式可视化250

5.6 虚拟支架植入254

5.6.1 建立虚拟支架库256

5.6.2 查看及选择支架259

5.6.3 模拟支架植入259

5.6.4 血管支架与血管壁交互的有限元分析260

参考文献264

第6章 光声成像技术268

6.1 光声成像及其在生物医学中的应用268

6.1.1 光声效应268

6.1.2 光声成像的原理270

6.1.3 光声成像的优势270

6.1.4 典型的光声成像系统271

6.1.5 光声图像的重建273

6.1.6 光声效应和光声成像在生物医学中的应用273

6.2 光声成像274

6.2.1 IVPA的成像原理274

6.2.2 热IVPA成像（tIVPA）275

6.2.3 光谱IVPA成像（sIVPA）276

6.2.4 分子IVPA成像277

6.2.5 冠状动脉支架的IVPA成像278

6.2.6 IVPA成像导管279

6.2.7 IVPA成像存在的问题与技术难点280

6.3 光声图像的建模与仿真281

6.3.1 建立横截面模型281

6.3.2 仿真激光脉冲照射血管壁的过程283

6.3.3 仿真多层血管壁组织产生的光声信号284

6.3.4 重建横截面的IVPA图像285

6.4 光声图像的重建285

6.4.1 时间反演算法286

6.4.2 滤波反投影算法286

6.4.3 相控聚焦算法287

6.4.4 基于傅里叶变换的重建算法287

6.4.5 其他重建算法287

6.4.6 IVPA图像重建存在的问题289

参考文献289