脑部MRI分割与三维重建可视化的研究

论文摘要

在医学影像研究领域有两个独立的研究分支----医学成像系统（Medical Imageing System）、医学影像处理（Medical Image Processing）。其一是影像拾取、形成过程,包括对成像机理、成像设备、成像系统的分析等问题的研究。其二是指对已经获得的影像作进一步的处理,其目的是使原来不够清晰的影像复原,或突出影像中的某些特征信息,抑或是对影像作模式分类。影像分割是医学影像后续处理分析的关键环节,目前其发展趋势主要是提高分割速度、分割精度、自动化程度。医学影像可视化处于应用于临床,辅助于诊疗的目的、凭借其直观展现、化抽象于具体的特点已在医学影像诊断中的起到举足轻重的地位。医学影像三维可视化涵盖绘制预处理技术及绘制技术。绘制预处理技术分为加强影像质地、分割标注、提取、融合匹配等几个步骤；绘制方法分为体绘制（Volume Rendering, VR）和面绘制（Surface Rendering, SR）两种。但是重建数据量庞大、算法执行复杂,把三维数据绘制成能交互感应的,切近真实的图形困难重重。本文从介绍医学影像分割及三维重建可视化的研究意义及国内外现状开始,以此引出论文的主要研究方向和从事的主要工作。首先说明什么是医学影像分割,并对医学影像分割的各种算法的思想、特点进行大讨论。进而详述分水岭算法的基本思想和特点,并结合脑部MRI的特点给出了一种改进的医学影像分水岭算法,该方法计算过程简便、操作简捷,改良后的算法一方面抑制过分割现象,另一方面抗噪性明显增强,针对于边缘区域模糊的MRI灰度影像分割效应显著。对医学影像进行分割提取之后,下一步就是对医学影像三维重建和可视化算法设计与平台搭建,并阐明对MRI二维断层切片分割提取后,重建组织脏器的三维模型,依托对模型的剖切、开窗和三维显示对医生制定治疗方案有何重要意义。最后介绍了最新的基于MITK的三维医学影像处理与分析系统3DMed （3D Medical Image Processing and Analyzing System）,这个系统主要面对医学工作者,在直观易用的工具辅助下执行更精确的治疗,使其应用到远程协助医疗中。并给出一个应用实例。最后总结了本论文的所有工作,并指出相应领域的进一步研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 医学影像分割与三维重建可视化的研究意义
• 1.2 医学影像分割与三维重建可视化的国内外研究现状
• 1.3 医学影像分割与三维重建可视化的应用及其发展展望
• 1.4 本文预期所作工作及章节介绍
• 第2章 医学影像分割方法简介
• 2.1 概述
• 2.2 算法分类
• 2.2.1 阀值分割
• 2.2.2 生长算法
• 2.2.3 基于边缘提取的分割方法
• 2.2.4 交互式分割方法
• 2.2.5 live wire分割算法
• 2.2.6 结合某种理论内涵的新方法
• 第3章 基于各向异性扩散的医学影像水线变换分割算法
• 3.1 水线变换基本思想
• 3.2 水坝构造
• 3.3 各向异性扩散的医学图像水线变换算法
• 3.4 算法设计
• 3.4.1 形态学各向异性扩散滤波算法
• 3.4.2 获取多尺度形态梯度的图像
• 3.4.3 水线变换算法分割
• 3.5 算法评价
• 3.6 实验结果与分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 医学影像三维重建算法研究
• 4.1 医疗影像里用到的三维图像重建和显示技术
• 4.2 实体数据（Volume Data）
• 4.2.1 规则实体数据在三维空间中的定义
• 4.2.2 实体数据的取得
• 4.3 实体数据像（Volume Rendering）
• 4.3.1 实体数据成像方法的分类
• 4.3.2 比较直接式成像与非直接式成像方法的优缺点
• 4.4 等值面的撷取（Iso-surface Extraction）
• 4.4.1 单元格子的三角化（Cell Triangulation）
• 4.4.2 单元格子的搜寻（Cell Searching）
• 4.4.3 种子集（Seed-set）
• 4.4.4 Volume Thinning算法
• 第5章 三维医学影像处理与分析系统（3DMed）的设计与实现
• 5.1 3DMed提供的结构和功能
• 5.1.1 3DMed提供的结构
• 5.1.2 3DMed提供的功能
• 5.2 何为3DMed的Plugin及其实现过程
• 5.3 利用3DMed系统对脑部MRI序列处理实现三维影像重建
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历