【摘要】：脊柱側(cè)凸是嚴(yán)重危害青少年身心健康的脊柱畸形生長(zhǎng)疾病,早期矯正、持續(xù)監(jiān)測(cè)是治療的關(guān)鍵。目前主要使用X射線對(duì)該疾病進(jìn)行檢測(cè),但X射線具有輻射性,不利于病情的持續(xù)監(jiān)測(cè)。三維超聲能通過掃描脊柱獲得脊柱的三維結(jié)構(gòu)圖,具有無(wú)輻射、易操作、低成本等特點(diǎn),是一種替代X射線的方案。在三維超聲的多種掃描方式中,使用機(jī)械裝置控制超聲探頭運(yùn)動(dòng)的機(jī)械自動(dòng)掃描具有精確定位、全自動(dòng)、可重復(fù)的特點(diǎn),適合于脊柱側(cè)凸的檢測(cè)。在基于機(jī)械自動(dòng)掃描的三維超聲自動(dòng)掃描系統(tǒng)中,精確的脊柱掃描路徑規(guī)劃是獲得準(zhǔn)確的脊柱三維結(jié)構(gòu)圖的關(guān)鍵。通常可以利用攝像機(jī)等設(shè)備獲取探頭前方的彩色圖像信息,然后利用圖像分割算法對(duì)彩色圖像進(jìn)行分割提取脊柱目標(biāo)區(qū)域,最后在脊柱目標(biāo)區(qū)域內(nèi)規(guī)劃出最優(yōu)掃描路徑,完成脊柱掃描路徑的規(guī)劃。隨著深度學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展,基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像分割算法在特征提取、分割準(zhǔn)確率上相比于傳統(tǒng)方法有更好的表現(xiàn),因此,本文基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)脊柱三維超聲自動(dòng)掃描系統(tǒng)做了以下研究:(1)在脊柱掃描路徑規(guī)劃算法中,搭建了FCN、U-Net和Deeplab三種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對(duì)比了三種網(wǎng)絡(luò)對(duì)深度攝像儀拍攝的彩色圖分割脊柱區(qū)域的效果,同時(shí)結(jié)合深度圖的多視角信息,使用四通道法和雙特征提取網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方法對(duì)深度攝像儀拍攝的深度圖、彩色圖進(jìn)行整合,提高分割的準(zhǔn)確率。最后使用基于人體輪廓的分割結(jié)果判定方法和最小二乘曲線擬合方法對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行后處理,得到較為精確的脊柱掃描曲線。(2)借鑒移動(dòng)最小二乘形變方法提出以脊柱線為控制曲線對(duì)人體輪廓進(jìn)行變形的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法,擬合多種脊柱側(cè)凸情況,增加數(shù)據(jù)集的多樣性,從而提高網(wǎng)絡(luò)的泛化能力。(3)以醫(yī)學(xué)超聲儀器Sonix RP、六自由度機(jī)器人、深度攝像儀Kinect、工控計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)搭建了一套脊柱三維超聲自動(dòng)掃描系統(tǒng),在機(jī)械自動(dòng)控制程序中嵌入改進(jìn)的脊柱掃描路徑規(guī)劃算法,實(shí)現(xiàn)了脊柱的精確掃描與成像。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R445.1;R726.8;TP391.41;TP183
【圖文】：

（a）脊柱側(cè)凸的 X 射線圖 圖 1-1 脊柱側(cè)凸的 X 射線在三種三維超聲掃描系統(tǒng)中，自由臂掃統(tǒng)記錄超聲探頭的位置和角度，最后由計(jì)算圍大，位置和角度可以由醫(yī)生任意控制，適感裝置的精確度不夠，重建的三維圖像誤差鋪設(shè)超聲探頭，成像時(shí)無(wú)需移動(dòng)超聲探頭就方法實(shí)現(xiàn)代價(jià)太大，性價(jià)比不高�；跈C(jī)械機(jī)械設(shè)備中，當(dāng)掃描路線預(yù)先設(shè)定后，機(jī)械描，最后通過計(jì)算機(jī)生成三維圖像。與自由重復(fù)，更適合于脊柱側(cè)凸這種特定位置、重在基于機(jī)械掃描的三維超聲掃描系統(tǒng)中有與脊柱貼合的掃描路線才能得到正確的脊

通過驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置帶動(dòng)超聲探頭掃描人體表面獲得一序列二由計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維重建得到三維結(jié)構(gòu)圖。機(jī)械掃描共有兩種運(yùn)動(dòng)控描和自動(dòng)掃描。制掃描是操作者利用手動(dòng)遙控器控制裝有超聲探頭的機(jī)械裝置到制探頭掃描和超聲圖像采集，然后生成三維超聲圖像，其整套儀器機(jī)械裝置和手動(dòng)遙控器，外形如圖 1-4 所示。Abolmaesumi 等人基原理開發(fā)了一個(gè)檢測(cè)頸動(dòng)脈的三維超聲掃描系統(tǒng)，醫(yī)生通過遙控器在移動(dòng)的過程中血管始終保持在成像平面中，最終完成三維重建[16]法需要操作者集中注意力小心謹(jǐn)慎操作，對(duì)操作者經(jīng)驗(yàn)要求高，對(duì)到位，而醫(yī)院每天都需要為大量病人做檢查，長(zhǎng)時(shí)間耗腦力體力的損醫(yī)生的頸椎、手臂等，而且容易出現(xiàn)失誤操作，因此，手動(dòng)掃描性操作的醫(yī)療器械應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張莉;余慧芳;檀結(jié)慶;;凸多邊形域上的參數(shù)曲面自由變形[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

2 白培瑞;白凈;;基于二維陣列換能器的實(shí)時(shí)三維超聲成像技術(shù)綜述[J];中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2011年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 梁舒;基于殘差學(xué)習(xí)U型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳腺超聲圖像腫瘤分割研究[D];華南理工大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2716189