医学图像分割与可视化方法研究以及在髋臼手术效果评测中的应用

论文摘要

在髋臼骨外科手术中,由于髋臼本身结构复杂,加上骨折和移位情况多种多样,因而很难对手术复位情况做出判断。随着医学成像技术和计算机技术的发展,利用计算机辅助完成手术复位效果的评价成为一个新的突破点。本文提出了一个定量评测髋臼手术效果的系统,重点介绍了图像分割和三维重建两部分内容。主要完成了如下工作:(1)提出了基于Canny算子边缘提取的单层CT图像分割方法。该方法是以Canny边缘提取的结果为基础,结合了阈值法、边缘归一化和封闭边界生成算法的自动分割方法。这种分割方法可以保证分割结果的准确性,从而为定量的评价手术效果提供了数据基础。(2)在单层图像分割的基础上,提出了CT序列图像的快速分割方法。利用相邻层图像之间的相关性,用本文中提出的邻层寻边算法可以快速的完成相邻图层的分割,从而实现序列的快速分割。该算法实现简单,效率高。(3)采用了光线投射模型为基础的体绘制方法。利用整体灰度直方图和目标部分灰度直方图,建立相应的颜色和透明度函数,从而突出目标区域,获得了更好的显示效果。经过图像分割和体绘制,可以获得髋臼部分三维结构的准确数据,这些数据应用于临床中,可以为医生制定手术效果评价标准提供准确的依据,从而能够提高评价的效率和准确性。本文的另一部分工作是关于中药有效成分的分析和活性预测,提出了遗传算法和支持向量机相结合的分析模型,获得了对活性影响最重要的特征集合,其活性预测的结果与实验测量结果基本吻合,证明该方法能够对药物活性进行较准确的预测。该模型应用于中药分析可以减少生物实验的次数,从而节省成本,并可以用于指导新药的研制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 图像分割研究现状
• 1.1.2 医学图像三维重构研究现状
• 1.2 论文的主要研究工作
• 1.3 本文结构安排
• 第2章 医学图像分割
• 2.1 图像分割概述
• 2.2 医学图像分割方法
• 2.3 几种常用分割方法比较及分析
• 2.3.1 阈值法
• 2.3.2 区域增长算法
• 2.3.3 分水岭算法
• 2.3.4 水平集算法
• 2.3.5 基于边缘的分割算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 医学图像的体绘制
• 3.1 医学图像三维可视化方法概述
• 3.2 基于体绘制的三维显示
• 3.2.1 体绘制的几个关键技术
• 3.2.2 光线投射法
• 3.2.3 足迹表法
• 3.2.4 错切-变形算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 髋臼手术效果评测系统中的图像分割和可视化
• 4.1 基于Canny 边缘提取的单层CT 图像分割
• 4.1.1 Canny 边缘提取
• 4.1.2 基于阈值法的背景处理
• 4.1.3 边缘归一化
• 4.1.4 封闭边界生成算法
• 4.1.5 手动修正
• 4.2 CT 序列图像分割算法
• 4.2.1 几种距离的定义
• 4.2.2 邻层寻边算法
• 4.3 基于光线投射法的体绘制
• 4.3.1 引入灰度直方图的体绘制
• 4.3.2 引入梯度函数的体绘制
• 4.4 本章小结
• 第5章 其他工作：中药有效成分分析及活性预测
• 5.1 研究背景及研究现状
• 5.1.1 生物活体实验
• 5.1.2 仿真测试结合靶位
• 5.1.3 计算机辅助建立分子结构与活性之间的定量数理关系
• 5.2 特征提取
• 5.3 特征选择与优化
• 5.3.1 回归分析
• 5.3.2 主成分分析
• 5.3.3 因子分析
• 5.3.4 基于遗传算法的特征选择方法
• 5.4 预测建模
• 5.4.1 Hansch 模型
• 5.4.2 Free-Wilson 模型
• 5.4.3 人工神经网络模型
• 5.4.4 支持向量机模型
• 5.5 桂枝汤A 部分有效成分的分析和活性预测
• 5.5.1 特征选择
• 5.5.2 活性预测
• 5.5.3 GA-SVM 模型应用于实际数据
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果