基于CT图像的活体人颅骨几何特征测量与研究

基于CT图像的活体人颅骨几何特征测量与研究

论文摘要

随着以CT、MRI技术为代表的现代医学影像技术的发展,人体组织、器官的活体几何特征测量得以实现。本论文研究课题作为国家自然科学基金资助项目:“头部损伤的生物力学造型与应用(项目号:30470462)”、“颅脑损伤判断准则的有限元法研究(项目号:30570481)”和天津市科委重点基金资助项目:“头部损伤的生物力学造型与应用(项目号:043803811)”的重要研究内容之一,首次提出了基于CT图像的活体人颅骨几何特征的系统、准确测量方法,选择3000例(男女各1500例)活体人颅骨CT图像进行了测量,并对结果进行统计分析研究。本论文主要完成如下研究内容:1.概述了现代医学影像技术的原理及特点,阐明颅骨测量及活体测量的方法、应用,特别是在头部损伤生物力学研究领域的应用价值。首次提出基于CT图像的活体人颅骨几何特征测量方法。2.研究基于颅脑断面CT图像的活体人颅骨几何特征测量样本的提取方法,包括图像的获取及预处理、利用图像处理技术对图像进行分割及二值化、图像去噪;提出一种基于抛物线原理的图像纠偏方法。提出一种直线与图像求交点的方法;研究医学图像边缘提取算法,对图像进行边缘提取,从而得到颅骨断面轮廓图像,以备测量。3.研究基于图像的活体人颅骨几何特征测量方法,包括测量参数的选择、测量点的确定及测量结果的获取方法,研究基于图像的活体人颅骨对称性测量方法,提出两种颅骨图像对称性评价指标,实现了对颅骨对称性的定量评价,并利用自编软件实现了基于图像的活体人颅骨几何特征的自动、准确测量。利用实验验证了测量方法的可靠性,并对测量方法进行误差分析。4.对3000例(男女各1500例)活体人颅骨几何特征测量数据进行统计分析,得到颅骨几何特征如前额骨、顶骨、枕骨厚度,颅骨宽度和前后长度的均值、极值,并按年龄分组对各测量值进行分别讨论;研究年龄与颅骨厚度及宽度和前后长度的相关检验、前额骨与枕骨厚度的比较、男女颅骨几何特征的比较、成人(18岁以上)颅骨几何特征的百分位数、头颅形态学、颅骨的对称性等非常有价值的参数。5.将测量结果集成,利用数据库构建软件,首次建立基于图像的活体人颅骨几何特征数据库,为头部损伤生物力学的研究提供有价值的应用参数。本研究结果在人类学、解剖学、临床医学、法医鉴定、医疗器械设计、国家安全、人体识别、生物力学和头部损伤分析等领域有着广泛的应用价值。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 颅骨测量
  • 1.1.1 颅骨测量的应用
  • 1.1.2 颅骨测量方法
  • 1.2 活体人颅骨几何特征研究的国内外现状及分析
  • 1.2.1 活体测量
  • 1.2.2 活体人颅骨几何特征研究的国内外现状及分析
  • 1.3 颅骨几何特征在头部损伤生物力学研究领域的应用
  • 1.4 本论文研究课题的目的及意义
  • 1.5 本论文研究课题的背景及内容
  • 1.6 本论文的创新性工作
  • 第二章 现代医学影像技术简介
  • 2.1 CT 技术原理及应用
  • 2.1.1 CT 技术的原理
  • 2.1.2 CT 值的定义
  • 2.1.3 CT 图像的显示
  • 2.1.4 CT 技术的应用及发展
  • 2.2 MRI 技术原理及应用
  • 2.2.1 MRI 技术的原理
  • 2.2.2 MRI 技术的发展
  • 2.3 本研究样本选用原则
  • 2.3.1 CT 和MRI 技术比较
  • 2.3.2 本研究样本选用原则
  • 第三章 基于CT 图像的活体人颅骨几何特征测量样本的处理
  • 3.1 图像的获取及预处理
  • 3.1.1 图像的采集
  • 3.1.2 图像的获取及预处理
  • 3.2 图像的分割及二值化
  • 3.2.1 概述
  • 3.2.2 图像的阈值分割方法
  • 3.2.3 图像的二值化
  • 3.2.4 阈值的选择方法
  • 3.2.5 颅骨图像的阈值法分割及二值化
  • 3.3 图像去噪
  • 3.4 图像纠偏
  • 3.4.1 抛物线纠偏原理
  • 3.4.2 基于抛物线原理图像纠偏方法
  • 3.4.3 纠偏算法的实现
  • 3.5 图像的边缘提取
  • 3.5.1 边缘检测的原理及方法
  • 3.5.2 边缘提取
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 基于CT 图像的活体人颅骨几何特征测量
  • 4.1 颅骨厚度、宽度及前后长度测量
  • 4.1.1 颅骨厚度、宽度及前后长度测量的目的
  • 4.1.2 测量参考点的确定
  • 4.1.3 直线与图像边界求交点的方法
  • 4.1.4 曲线拟合
  • 4.1.5 颅骨厚度、宽度及前后长度测量
  • 4.2 颅骨对称性测量
  • 4.2.1 颅骨对称性测量的目的
  • 4.2.2 颅骨对称性评价指标
  • 4.2.3 颅骨的对称性测量
  • 4.3 测量方法的算法实现
  • 4.3.1 算法流程
  • 4.3.2 测量方法的软件实现
  • 4.3.3 统计测量系统
  • 4.3.4 个性化测量系统
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 测量结果及统计分析
  • 5.1 测量结果汇总
  • 5.2 测量结果的统计分析
  • 5.2.1 简单统计量分析
  • 5.2.2 方差分析
  • 5.2.3 P 百分位数
  • 5.2.4 年龄与颅骨几何特征的关系
  • 5.2.5 性别与颅骨几何特征的关系
  • 5.2.6 头颅形态分析
  • 5.2.7 前额骨与枕骨厚度比较
  • 5.2.8 对称性分析
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 测量方法的实验验证及误差分析
  • 6.1 测量方法的实验验证
  • 6.1.1 实验原理
  • 6.1.2 实验方法
  • 6.1.3 实验结果
  • 6.2 测量方法的误差分析
  • 6.2.1 随机误差分析
  • 6.2.2 测量结果的不确定度
  • 6.2.3 测量结果的不确定度计算
  • 6.2.4 误差分析
  • 6.3 本章小结
  • 第七章 基于图像的活体人颅骨几何特征数据库
  • 7.1 数据库的设计思想
  • 7.2 数据库的功能设计
  • 7.2.1 环境配置
  • 7.2.2 系统设计
  • 7.3 数据库的实现效果
  • 7.3.1 系统登录
  • 7.3.2 信息分类
  • 7.3.3 添加功能
  • 7.3.4 查询功能
  • 7.3.5 管理功能
  • 7.4 本章小结
  • 第八章 全文总结及工作展望
  • 8.1 全文总结
  • 8.2 研究结论
  • 8.3 工作展望
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
  • 致谢
  • 相关论文文献

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