医学图像体数据分割及其可视化的研究

论文摘要

医学影像领域的迅速发展极大的推动了现代医学的进步。目前,计算机断层成像(CT)、核磁共振成像(MRI)、超声等医学影像技术已被广泛地应用于临床诊断和治疗。本文的主要研究内容是:在计算机的辅助下,从医学图像中分割出医生感兴趣区域,并结合可视化技术进行三维显示。对该课题的研究能够使医生对人体病变部位的观察更直观、更清晰,提高诊断的正确率。在医学图像处理与分析领域中,图像分割一直是经典难题之一。分割是正常组织和病变组织的三维可视化、手术模拟、图形引导手术等后续处理的基础,分割的准确性对医生诊断患者的病情至关重要,因此图像分割在医学应用中具有特殊的重要意义。医学图像可视化是目前医学图像处理的一项重要研究内容,也是科学计算可视化中最成功的应用领域之一,已成为辅助疾病诊断和治疗的重要手段,并且深入到医学的各个方面。三维可视化技术主要包括面绘制和体绘制,其中体绘制的渲染图像保留了原始影像数据中丰富的三维信息,可将人体内各组织的层次关系表现出来,因此本文主要采用体绘制显示对体数据分割的效果。本文首先研究了医学图像三维可视化中的基础知识,介绍了几种常用的三维重建算法;然后对图像分割领域进行深入探索,概括了当前较为成熟的和正在探索中的分割算法,并分析如何将常见的图像分割算法应用于三维体数据中;接下来针对医学图像体数据采用几种算法进行分割处理,并通过实现效果分析各算法各自的适用范围以及优缺点;最后实现一个完整的医学图像三维可视化系统,针对符合DICOM 3.0标准的医学CT断层图像进行处理。实验结果表明,本文的研究对体数据的分割与可视化处理较为实用,为临床诊断治疗以及医学教学提供了较好的辅助。本文对医学图像体数据分割中的关键技术进行了探讨,将序列断层图像所构成的体数据看作一个整体进行处理,以提高分割效率和准确率。文中实现了几种针对序列CT图像的三维分割算法,此外为了提高分割效率,本文提出一种基于八叉树的分裂合并算法,能够准确而高效地对体数据进行分割处理。本文最后,对毕业课题所做工作进行总结,并提出进一步的研究设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章引言
• 1.1 医学图像可视化概述
• 1.2 图像分割概述
• 1.2.1 医学图像分割的特点
• 1.2.2 医学图像分割的意义
• 1.3 研究现状与分析
• 1.4 论文结构
• 第二章医学图像三维可视化
• 2.1 医学图像三维重建
• 2.2 面绘制三维重建
• 2.2.1 表面轮廓重建法
• 2.2.2 Cuberille 算法
• 2.2.3 移动立方体法
• 2.2.4 剖分立方体法
• 2.2.5 面绘制算法的效果
• 2.3 体绘制三维重建
• 2.3.1 体绘制算法概述
• 2.3.2 体绘制的几种典型算法
• 2.4 体数据的虚拟切片显示
• 2.4.1 虚拟切片介绍
• 2.4.2 虚拟切片的方法
• 2.4.3 虚拟切片效果
• 第三章 医学图像分割概述
• 3.1 图像分割简介
• 3.2 目前常用的图像分割技术
• 3.2.1 基于边缘的图像分割
• 3.2.2 基于区域的图像分割
• 3.2.3 基于结合特定理论的分割技术
• 3.3 三维体数据分割技术
• 3.3.1 体数据的分割方法
• 3.3.2 二维图像分割与体数据分割的关系
• 3.4 图像分割评价标准
• 第四章 医学图像体数据分割算法研究
• 4.1 医学图像体数据构造
• 4.1.1 DICOM 3.0 格式介绍
• 4.1.2 医学图像灰度分布
• 4.1.3 医学图像体数据构造
• 4.1.4 医学图像三维分割流程
• 4.2 体数据切割
• 4.2.1 平面切割法
• 4.2.2 包围盒切割法
• 4.2.3 复杂图形切割法
• 4.2.4 切割算法小结
• 4.3 传递函数实现阈值分割
• 4.4 基于连通区域的分割技术
• 4.5 区域生长分割算法
• 4.5.1 区域生长算法概述
• 4.5.2 自适应区域生长算法
• 4.5.3 区域生长算法实验结果和讨论
• 4.6 基于八叉树的体数据分裂合并分割算法
• 4.6.1 新问题的提出
• 4.6.2 分裂合并法与八叉树
• 4.6.3 分裂合并算法流程
• 4.6.4 分裂合并算法实验结果
• 第五章 医学图像三维可视化系统设计
• 5.1 软件架构
• 5.1.1 系统开发环境
• 5.1.2 VTK 类库及其功能介绍
• 5.2 系统总体设计
• 5.2.1 软件需求分析
• 5.2.2 系统要求
• 5.2.3 系统总体框架
• 5.3 系统子功能模块的设计与实现
• 5.3.1 体数据解析
• 5.3.2 图像数据增强处理
• 5.3.3 体数据分割模块
• 5.3.4 二维图像显示
• 5.3.5 三维数据可视化
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文与科研项目
• 致谢
• 详细摘要