心肌梗死（Myocardial Infarction,MI）是世界范围内最主要的致死疾病之一。心肌梗死会导致心肌细胞永久性丧失和瘢痕组织的形成,瘢痕组织一旦形成就会终生留存,并将进一步导致心律失常、心力衰竭或心源性猝死等疾病的发生。目前心肌梗死急性期后的医治方法主要为药物治疗法,这种治疗方案可以改善心脏功能,但无法使丧失的心肌细胞再生,也无法使患者的心脏恢复到病发前的运动耐量,因此心肌梗死患者的长期预后并不理想。过去50年间,科学家与心血管内科医生一直尝试开发新的治疗方案来改善受损心脏。心肌梗死发生后,对心脏结构、心脏修复过程与梗死大小的准确评估对于新的治疗方案的制定至关重要。目前的心肌梗死后的影像学评估技术主要采取单一模态的评估方式,单一模态的心脏成像在灵敏度、可用性、再现性和可行性方面各有优缺点,但却不能满足开发新的治疗方案的所有要求。本文提出了基于多模态图像融合的心脏综合性无创评估方法。本文的主要工作内容如下:（1）针对心肌梗死后左心室重构的评估问题,提出了基于冠状动脉计算机断层扫描血管造影（Computed Tomography Angiography,CTA）图像的三维球形指数自动计算方法。左心室三维球形指数是急性心肌梗死（Acute Myocardium Infarction,AMI）后6个月内左心室重构的有力预测指标。首先收集了20只小型猪心肌梗死模型的CTA图像与病理切片染色数据,在专家的指导下,通过手动逐层勾勒CTA图像中左心室心肌内壁与外壁,得到左心室心肌的标记图,建立了CTA图像左心室心肌图谱集。在此基础上使用混合模型增长算法,实现了CTA图像左心室心肌层的自动分割。混合模型增长算法首先利用多图谱法产生心肌层的初始分割,再使用区域增长法将灰度值满足条件的相邻像素合并到分割区域中,最后使用主动形状模型对生长后的分割区域进行修正。在得到心肌自动分割结果的基础上,进行了CTA图像三维空间校正,并完成了左心室心腔的自动提取与左心室长轴的自动选定,最终根据定义完成了三维球形指数的自动计算。本文分析了基于CTA图像的三维球形指数与病理染色所得梗死占比间的关系,发现两者具有统计学相关性。（2）针对心肌梗死后心脏修复过程的观察研究,提出了基于心脏多模态影像融合的新生血管形成在体评估方法。新生血管形成是心肌梗死后心脏修复的关键过程之一。目前,新生血管形成的影像学研究大多集中在探针的靶向性和有效性的验证工作,并未考虑心肌梗死的病理进展和治疗过程。即使涉及多种影像学检查,也是通过二维并行的方式进行分析,这种方式可能无法全面、深入地反映心肌梗死的转归情况。本文通过配准融合技术,将新生血管形成与冠状动脉、心肌灌注以及葡萄糖代谢等方面的信息集成在一幅图像上,实现了新生血管形成综合性的在体评估,为后续探索新生血管形成的机制、验证治疗性新生血管形成术的有效性打下基础。在构建多模态融合评估方法的过程中,心脏的解剖结构由CTA图像提供,心肌灌注信息由99m锝-甲氧基异丁基异腈（99m Tc-sestamibi,99m Tc-MIBI）单光子发射型计算机断层显像（Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT）成像提供,心肌葡萄糖代谢信息由2-氟-18代-2脱氧-β-D-葡萄糖(2-deoxy-2-[18F]fluoro-D-glucose,18F-FDG)正电子发射断层（Positron Emission Computed Tomography,PET）成像提供,新生血管形成信息由68镓-1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸-（精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸）2(68Ga-1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid-（Arg-Gly-Asp）2,68Ga-NOTA-PRGD2)正电子发射断层成像提供。文中的配准方法采取了基于轮廓/区域的配准方法,配准过程分为两个阶段:粗配准阶段与细配准阶段。粗配准的目标图像是CTA图像,细配准的目标图像为核素功能图像。无论是粗配准和细配准,都使用整体心脏轮廓作为附加约束条件,以保证配准的准确性。最后三维空间中对心脏多模态融合结果进行了可视化呈现。研究表明,多模态融合的三维可视化结果能够直观反映新生血管形成与心肌代谢、灌注之间的关系。从本文的结果可知,新生血管形成信号出现在严重灌注减低和代谢减低的交叠区,处于冠状动脉阻塞的正下方。这一现象提示:新生血管形成可能是来自于先天的、不发达的血管。这一观察结果为治疗性新生血管形成的靶区提供了三维影像学支持。（3）针对心肌梗死大小的精准定量评估问题,提出了基于心脏多模态影像融合的心肌梗死三维定量评估方法。对于陈旧性心肌梗死患者的治疗,无论是为了患者的长期有效的、管理还是为了实验性心脏补片的制备,都需要个性化的、精准的心肌梗死定量评估方法。一方面,临床病情的跟踪与治疗方案的指定需要直观且易于解释的评估报告;另一方面,心脏补片的制备需要明确梗死心肌区域的形状、大小、位置,以及与梗死区域对应的犯罪血管。为了实现这一目标,本文提出了基于多模态图像融合的心肌梗死定量分析方法。首先通过自动分割与配准,实现心脏解剖结构与功能信息的空间对齐。接着基于配准后图像的三维纹理特征,使用随机森林分类器实现心肌分层,建立了非侵入式在体成像与病理金标准的映射关系。本文首先使用小型猪心肌梗死模型验证了多模态心肌梗死定量分析方法的准确性,实验结果表明,本文提出的方法与病理染色结果有很好的一致性。接着本文将提出的方法应用于陈旧心梗患者的评估上,所得到的基于三维融合的分析结果既显示了梗死和功能减退的区域,又描绘了冠状动脉主枝血管分布,在三维空间上反映了心肌受损区域与冠状动脉病变段的关系。最后本文在精确定位定量心脏梗死区域的基础上,构建了具有患者特异性的心脏补片。研究表明,三维融合定量评估方法能够更加准确直观地评估心脏梗死所占比例,同时能够在三维空间中显示心脏梗死区域与冠状动脉、乳内动脉以及肋骨的位置关系,可用于指导心脏补片的设计以及补片植入修补手术的规划。