心脏病具有发病率高、死亡率高、致残率高、根治率低的“三高一低”特点，已成为人类健康“头号杀手”。我国是心脏病发病率和死亡率最高国家之一。我国心脏病死亡人数占总死亡人数的23%，仅次于恶性肿瘤排名第2。因心血管病导致的过早死亡使国内生产总值(GDP)减少约1%~5%。但是，病因多、溯源难，病程长、不可逆等特点给心脏病的有效防治带来诸多挑战。借助计算机技术构建模拟心脏生理、结构、功能的虚拟模型，为深入揭示其工作机理、结构变化、功能状态，进而分析心脏病的成因与发展过程提供了一种有效途径。但是，作为血液循环系统的动力组织，心脏生物机理需要神经、内分泌、循环、呼吸等多个人体子系统协调工作，涵盖生物电学、血流力学、细胞学、生化控制等多个学科。因此，构建心脏虚拟生理模型，达到增强病理机理认识、改善医疗实践效果、支持生物医药研发的目的并不容易。幸运地是，借助现代医学成像技术提供的丰富的心脏影像学信息，可构建能够用于深入了解活体心脏个异化解剖结构，并对心功能进行量化分析的全心实时动态模型。这对心脏病早期发现、病因分析、病情发展预测、手术方案制定与导航、引导式介入治疗等至关重要，具有重要的应用价值和临床意义。

临床上，放射科医生结合医学专业知识与空间想象力完成断层阅片，凭临床经验定位病变，分析病因，推测病程。除因具备高分辨率、多断层数、强时序性的容量达到GB甚至TB量级的心脏影像给影像科医生带来巨大的阅片负担之外，当前诊疗模式过于经验化，结论因人而异、因时而异，可重复性差，且心脏影像空间/时序信息未得以充分挖掘利用。另一方面，包括射血分数、心肌厚度、充盈曲线等在内的心脏功能参数很难由心脏影像结构信息直观得到，往往需要阅片医生手动标定、测量、计算、分析。这进一步增加了临床医生的阅片负担，降低了操作的可重复性。因此，基于心脏影像学信息，利用计算机与图像处理分析技术，构建心脏模型，并对其功能参数进行动态量化分析，有利于心脏组织病变的定位、评估，有利于心脏功能异常的早期发现与对症治疗，对心脏术前方案的制订、术中方案的实施、延缓功能性心脏病的发展、减少器质性病变的发生具有重要意义，已成为研究热点。

当前，国内外针对心脏模型构建与心功能量化分析开展了大量研究工作，取得了一定进展。但仍存在以下难点问题需要解决：

1）影像中存在的噪声、灰度不一致性、运动伪影影响心功能量化分析准确度的问题；

2）人体复杂的解剖结构给心脏组织精准提取与个异化模型构建带来挑战的问题；

3）心脏病变与功能参数关联关系有待深度挖掘的问题；

4）心脏模型与心功能量化可视分析真实程度不足的问题。

综上，以项目团队多年来在医学影像处理分析领域的科研积累为基础，采用扩展经典策略、沿用流行方法、推广热门理论的理念，从心脏模型构建与心功能量化分析面临的四大问题入手，重点开展心脏影像质量增强、全心子结构精准提取、心脏病变与心功能关联关系发现、真实感增强的心功能量化分析相关研究工作，建立一套实现心脏模型构建与心功能量化分析的机制，增强在该领域的理论与技术积累，推动我国相关方向的研究进展，缩短与国外科研机构在该领域的研究差距。

为克服当前心脏结构与功能量化分析面临的“影像质量欠佳问题”、“心脏组织精准提取困难问题”、“病变与功能参数关联关系有待深入挖掘问题”、“心脏功能可视分析真实度不足问题”，需对现有影像质量增强方法、心脏子结构分割方法、关联关系挖掘方法、真实感可视分析技术进行改进，研究一系列与个异化全心动态模型构建与心功能分析相关的理论、机制、方法。鉴于此，重点在如下四方面开展工作：

研究内容1：融合多时序信息的心脏高质量影像重构

（1）基于多尺度局部相似度全时序匹配的超分辨率影像重构方法研究

（2）超像素分割耦合的偏移场校正算法研究

（3）多时序信息嵌入的非局部区域去噪方法研究

研究内容2：基于多模态混合影像的心脏子结构精准分割

（1）基于生成对抗网络的心脏影像生成与自动标注方法研究

（2）基于混合模态多尺度图谱融合的全心子结构分割算法研究

（3）基于管状特征多尺度增强约束的冠动脉树分割算法研究

研究内容3：心脏结构与功能参数值量化计算及关联关系挖掘

（1）冠动脉横截面面积估计与狭窄度拟合分析方法研究

（2）室房结构参数计算与心功能回归分析方法研究

（3）心脏结构与功能参数关联关系分析方法研究

研究内容4：心脏个异化结构模型构建与可视分析

（1）全心子结构网格拓扑模型生成与实时绘制方法研究

（2）局部尺度自适应的网格模型平滑简化方法研究

（3）基于地标点展开的纹理贴图生成与心脏模型真实感增强方法研究