Диссертация (1149678), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Вданной работе делается обобщение моделей и алгоритмов, предлагается общаясхема обработки исследований томовентрикулографии сердца и перфузионнойсцинтиграфиимиокарда,реализуетсятрехмернаямодельиалгоритмыоконтуривания не только левого, но и правого желудочка сердца, имеющего болеесложную геометрическую форму.В§2.1предлагаетсяобщийалгоритмобработкирадионуклидныхкардиологических исследований. Исследования томовентрикулографии сердца иперфузионной томосцинтиграфии миокарда проводятся синхронизировано ссигналом внешнего устройства — электрокардиографа (ЭКГ). Радионуклидныекардиологическиеисследования,синхронизированныесЭКГ,позволяютполучать информацию о трехмерном распределении РФП в различные временныеинтервалы «представительного» сердечного цикла. Результатом томографическойреконструкции является последовательностьтрехмерных матриц (объемов),которая соответствует N интервалам «представительного» сердечного циклаP H 1 (i, j , k ), P H 2 (i, j , k ),..., P H N (i, j , k ) ,0  i  w, 0  j  h, 0  k  d ,8где w, h и d — это пространственные размеры получаемых матриц.В результате, полученные в ходе реконструкции трехмерные матрицыP H s , s  1, N используются для математического и компьютерного моделированиядляполучениядиагностическизначимойинформации,характернойдлярассматриваемых кардиологических исследований.Можновыделитьследующиеэтапыобработкирадионуклидныхисследований сердца:1.

построение трехмерной матрицы (объема) фазового изображения Φ наоснове трехмерных матрицP H s , s  1, N . Фазовый объем Φ характеризуетсинхронность вступления в сокращение различных отделов сердца;2. построение контуров левого и правого желудочков сердца;3. построение полярных диаграмм (диаграмм «бычий глаз»);4. фазовый анализ, включающий в себя построение фазовых полярныхдиаграмм и соответствующих фазовых гистограмм;5. построение кривой изменения объема и кривой скорости измененияобъема желудочка;6.

вычисление диагностических параметров;7. построение трехмерных изображений правого и левого желудочковсердца.Таким образом, для исследований томовентрикулографии сердца иперфузионной томосцинтиграфии миокарда схема процесса обработки данныхявляется общей. Основные отличия, заключающиеся в алгоритмах построенияконтуров, параметрических изображений и вычисления диагностически значимыхпараметров рассматриваются уже в последующих параграфах работы.Ключевым этапом в обработке радионуклидных исследований сердцаявляется построение контуров левого и правого желудочков сердца. В §2.2приводится математическая модель правого и левого желудочков сердца иалгоритм оконтуривания желудочков для исследования томовентрикулографиисердца.9Основными отличительными чертами предлагаемой в работе моделиоконтуривания левого и правого желудочков сердца являются: сужение границ исходных объемов с использованием фазового объема; возможность изменения начальных границ желудочка; метод построения контуров левого и правого желудочков сердца, в основекоторого лежит использование профильной кривой для автоматическогоотделения левого желудочка от правого.В диссертационной работе при обработке томовентрикулографическихданных правый и левый желудочки сердца на протяжении «представительного»сердечного цикла моделируются с помощью поверхностей Sl , l  1, N , которыестроятся на основе куполообразной сетки.Сетка рассматривается как система координат для куполообразныхобъектов.

Верхушка купола рассматривается в полусферической системекоординат, а основание в цилиндрической системе координат. Под построениемсетки понимается вычисление следующих параметров:1. Nt — количество лучей в поперечной проекции;2. ht — шаг угла для лучей в поперечной проекции;3. Nls — количество лучей в верхушке;4. hls — шаг угла для лучей в верхушке;5. Nlc — количество лучей в основании;6. hlc — шаг угла для лучей в основании;7. Nl — количество лучей в произвольной продольной проекции;8.C — центральная точка сетки, через которую проходит плоскостьразделяющая основание сетки от его верхушки;9.Rmax — максимальный радиус на сетке;10.Rmin — минимальный радиус на сетке;11.hrad — шаг радиуса.Поверхности желудочка Sl , l  1, N , соответствующие «представительному»сердечному циклу,представляют собой двумерную матрицу размерностью10Nt  Nl , характеризующую значения по сетке. На основе поверхностей Sl , l  1, Nс использованием алгоритма marching cubes строятся трехмерные изображенияправого и левого желудочков сердца.В §2.3 представлены математическая модель миокарда левого и правогожелудочков сердца и алгоритм построения контуров миокарда желудочков дляисследования перфузионной томосцинтиграфии миокарда, синхронизированной сЭКГ.Математические модели и алгоритмы оконтуривания миокарда левогожелудочка сердца представлены в работах [33, 39, 58, 59, 84, 89 – 91].

В данныхстатьях строится срединная поверхность миокарда, а затем эндокардиальная иэпикардиальная поверхности желудочка. В диссертационной работе развиваетсяданный подход с использованием фазового и амплитудного объемов сердца дляначального сужения области. Также для выделения правого желудочка сердцапроводятся дополнительные построения с учетом его формы и расположения.Приведем здесь краткое описание модели.1.Миокард правого и левого желудочка сердца на протяжении«представительного» сердечного цикла моделируется с помощью внешнейSlO , l  1, N и внутренней S lI , l  1, N поверхностей, которые строятся на основекуполообразной сетки.2.СужениеобъемовP H s , s  1, Nсиспользованиемфазовогоиамплитудного объемов, построенных на основе вейвлет – анализа. Элементыфазового объема Φ и амплитудного объема А могут быть вычислены по формулам(i, j, k ) b (i, j, k )180arctg( JK), A(i, j, k )  a 2 (i, j, k )  b 2 (i, j, k ) .JKJKa JK (i, j, k )Коэффициенты aJK и bJK для вейвлета Морле имеют следующий вид:N P H (i, j , k )  2  j / 2 exp( sa JK (i, j , k )  s 1(2  J( s  1) K )2N)2( s  1) K )),N11 sin( 2 (2  JN P H (i, j , k )  2  j / 2 exp( sbJK (i, j , k )  s 1Врезультате cos(2 (2  Jсуженияграниц,(2  J( s  1) K )2N)2( s  1) K )).NизобъемовP H s , s  1, Nполучаем~последовательность объемов Ps , s  1, N , соответствующих миокарду желудочка.3.Построение координатной системы (сетки) для правого и левогожелудочков сердца.

На основе сетки строятся объемы Ps* , s  1, N , которыерассматриваются как совокупность точек PC*s , s  1, N для цилиндрической части иPS*s , s  1, N для сферической части: P * (i, j , k )S*Ps (i, j , k )   *s PC s (i, j , k ), j  N ls, j  N ls, i  1, N t , j  1, N l , k  Rmin , Rmax .Значения PS*s и PC*s , s  1, N могут быть вычислены по следующим формулам~ ~~~PS*s (i, j, k )  Ps ( i , j , k ), s  1, N ,где~ ~i  ic  k  cos(hls ( N ls  j  1))  cos(ht  i),~ ~j  jc  k  sin(hls ( N ls  j  1)),~ ~k  k c  k  cos( hls ( N ls  j  1))  sin( ht  i )).~ ~~~Pс*s (i, j, k )  Ps ( i , j , k ), s  1, N ,здесь~ ~i  ic  k  cos(ht  i),~ ~j  jc  ( j  N ls  1)  hls ,~ ~k  k c  k  cos( ht  i )),~ ~ ~( ic , jc , k c ) — это центральная точка сетки.124.Построение контуров миокарда левого и правого желудочков сердца.На основе итеративного метода вычисляются значения центральных поверхностеймиокарда желудочка S lС , l  1, N :S lC (i, j )  r , i  1, N t , j  1, N l , l  1, N ,где r — это радиус на сетке, при котором Pl (i, j , r ) принимает свое максимальноезначение вдоль данного луча.Для вычисления значений внутренних S lI , l  1, N и внешних S lO , l  1, Nповерхностей миокарда желудочка используется пороговый метод.Если Tl , l  1, N — это последовательность некоторых пороговых значений,тогда значения внешней поверхности S lO , l  1, N могут быть вычислены поформулеS lO (i, j )  r O , i  1, N t , j  1, N l , l  1, N ,где rO — это радиус на сетки, при котором Pl (i, j , r O ) меньше порога Tl.Параметр rO варьируется от S lC (i, j ) до 2  Rmax c шагом равным hrad.Значения внутренней поверхности миокарда желудочка S lI , l  1, N могутбыть рассчитаны по следующей формулеS lI (i, j )  r I , i  1, N t , j  1, N l , l  1, N ,где rI — это радиус на сетки, при котором справедливо выражениеPl (i, j , r I )  Tl , l  1, N .В данном случае значение параметра rI принимает значения от S lC (i, j ) до Rmin cшагом, который равен hrad.На основе поверхностей SlO , l  1, N и S lI , l  1, N с использованиемалгоритма marching cubes строятся трехмерные изображения миокарда правого илевого желудочков сердца.13В §2.4 приводятсяформулывычисленияважныхдиагностическихпараметров для исследований томовентрикулографии сердца и перфузионнойтомосцинтиграфии миокарда, синхронизированной с ЭКГ, применение ипрогностическоезначениедиагностическихпараметровподробнорассматривается в работах [9, 10, 12, 21, 29].На основе контуров левого и правого желудочков сердца вычисляютсязначения объема желудочка в течение «представительного» сердечного цикла.Строятся кривая изменения объема и кривая скорости изменения объемажелудочкасердца.Спомощьюданныхкривыхвычисляютсятакиедиагностические параметры как конечный диастолический объем, конечныйсистолический объем, фракция выброса, максимальная скорость изгнания,максимальная скорость наполнения и другие.

Характеристики

Список файлов диссертации