数値流体力学とMR血流データとを用いた高精度血管セグメンテーション法の開発

利用计算流体动力学和MR血流数据开发高精度血管分割方法

• 批准号: 15656051
• 负责人: 渡部 正夫
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656051/
• 关键词: Level set method; Medical imaging; Computational fluid dynamics; Segmentation; Inverse poblem; Magnetic Resonant Angiography; Phase contrast; Lattice Boltzmann; Inverse problem

1.磁気共鳴位相コントラスト血管撮像法(MR-PCA)において,数値流体力学の手法を用いることにより,得られた血流流れ場を修正すると共に,より高精度の血管形状の認識・輪郭抽出を行うための手法を提唱し,高制度化をはかった。特に本手法は初期の血管セグメンテーションに精度が依存するために,より高精度化をはかるため,レベルセット法を用いた三次元医療イメージングの輪郭抽出において,閾値法に基づく手法を検討した.レベルセット法の中で適用例の多い再初期化法と測地的動的輪郭法とを組み合わせることにより,再初期法の堅牢性・収束性の良さと,測地的動的輪郭法の解曲面の平滑性とを併せ持つ手法を開発した.この手法のパラメータ強度を調査するために,MRデータのみならず,毛細血管データにも適用し複雑血管形状を抽出した.血管壁認識力の高い再初期化法と血管壁再構成力の高い測地的動的輪郭法との混合を単一のパラメータで制御することが可能であることを認識した.さらに,測地的動的輪郭法の特徴を生かすことにより,従来は画像幾何より求められていた血管の管径・曲率等の特徴値をレベルセット関数を用いて解析的に求める手法を提唱した.2.複雑な3次元血管内の血流をシュミレートするためには,単純な境界条件と並列化の容易さが要求される.そこで,血流流れソルバを従来の差分法から格子ボルツマン法へと改良するための検討を行った.特に境界条件の影響を調査するために,bounce back法とMaireらの修正bounce-back法とを比較し,比較的高レイノルズ数における安定性,精度に関して評価を行い,比較的少ない計算格子数を用いて境界を記述することが可能であることを確認した.

1. Magnetic resonance phase contrast angiography (MR-PCA) and the use of numerical hydrodynamics techniques allow the blood flow field to be corrected, resulting in high-precision understanding of the shape of blood vessels and the technique of wheel extraction, which is highly institutionalized. In particular, this method is based on a three-dimensional medical treatment method, which is based on a three-dimensional medical treatment method. The application examples of the reinitialization method and the geodetic dynamic wheel method are as follows: the robustness and convergence of the reinitialization method are good, and the smoothness of the solution surface of the geodetic dynamic wheel method is good. This technique is used to investigate the intensity of the blood vessel, and the shape of the blood vessel is extracted. The method of reinitialization of vascular wall recognition force and the method of dynamic wheel of vascular wall reconstruction force are mixed and controlled. In addition, the characteristics of geodetic dynamic rotation method are generated, and the characteristics of vessel diameter, curvature, etc. are obtained. 2. The blood flow in three-dimensional blood vessels is analyzed. The difference method of blood flow is improved. The bounce back method and the modified bounce back method are used to investigate the influence of boundary conditions on stability and accuracy.

项目成果

渡部正夫, 姫野龍太郎: "レベルセット法を用いた三次元医療イメージ輪郭抽出法に関する定量的評価"日本機械学会論文集(B編). (印刷中). (2004)

Masao Watanabe，Ryutaro Himeno：“使用水平集方法的三维医学图像轮廓提取方法的定量评估”日本机械工程师学会论文集（B版）（2004年出版）。

レベルセット法を用いた三次元医療イメージ輪郭抽出法に関する定量的評価

基于水平集法的3D医学图像轮廓提取方法的定量评价

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会論文集(A編) 70・697
• 作者: 渡部正夫;姫野龍太郎
• 通讯作者: 姫野龍太郎

渡部正夫, Ron Kikinis, Carl-Fredrik Westin: "MRアンギオグラフィーにおける血流流れ場シミュレーションと血管セグメンテーションとのレベルセット法による統合^*(血管壁の記述と速度境界条件との融合)"日本機械学会論文集(B編). 69・687. 2408-2415 (2003)

Masao Watanabe、Ron Kikinis、Carl-Fredrik Westin：“Integration of Blood Flow Field Simulation and Vessel Segmentation in MR angiography using the level set method^*（融合血管壁描述和速度边界条件）”日本机械工程师学会论文集（B版）69・687。