基于X射线冠脉造影的血管三维重建和可视化研究

在国际上首次提出基于形变模型和运动特征的血管骨架重建方案，并首次从畸变矫正、造影系统运动和成像模型、冠脉分割提取、血管截面重建与血管树三维显示、精度和可靠性评估等各个方面系统完整地开展对冠脉三维重建和可视化的研究。旨在弥补造影设备在成像方面的不足，解决医生在心血管疾病诊治过程中信息缺失，获取信息不直观，病变估计不准确的问题。研制出能够为医生提供完整冠脉三维空间结构，对冠脉狭窄部位进行测量和评估、对冠脉进行运动模拟，以及为医生提供最佳造影角度的冠脉三维可视化系统。在该技术的引导下，医生能够快速对病灶进行定位和处理，从而有效地减少手术时间，提高手术效率，减少病人和医生所受X射线的辐射量。研制的冠脉三维可视化系统将满足我国心血管疾病诊治的急需，并将为进一步研制具有独立知识产权的心血管疾病诊治手术导航系统打下坚实的基础。对提高我国血管三维可视化水平、推动相关疾病的诊治和科研的发展具有重要意义。

本项目对冠脉三维重建和可视化的核心问题 - 畸变矫正、造影系统运动和成像模型、冠脉分割提取、血管中心线以及截面重建、血管树三维显示等技术开展全面深入的研究。重点探讨单平面造影图像中因心脏运动造成的特征提取和识别困难、反投影非严格匹配而导致的重建误差累计问题。提出通过像素运动模型实现造影系统成像畸变校正；利用造影图像序列相邻帧信息实现对冠脉的运动估计；基于运动信息通过概率跟踪、微分算子、几何拓扑结构方法实现对冠脉的跟踪与提取；将形变模型、对极几何原理以及运动理论相结合实现了对应特征的匹配以及血管表面的三维重建。此外，为了对重建方法进行验证，基于CT影像实现了任意角度造影图像的高效仿真，并与血管树生长理论模型实现对三维重建进度和可靠性的评估。已在国内外著名期刊和会议上发表20余篇论文，申报了6项国家发明专利。将有力地推动三维重建技术在心血管疾病计算机辅助诊断的应用和推广，使我国在这一新兴交叉学科的研究达到国际先进水平。