本文關(guān)鍵詞：基于QCT影像的動物骨結(jié)構(gòu)參數(shù)測量方法研究

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【摘要】：骨質(zhì)疏松是老年人常見病之一,基于動物臨床試驗的骨質(zhì)病變情況分析對研究骨質(zhì)疏松的成因、早期預(yù)防及診斷有重要參考價值。目前對于骨質(zhì)疏松的判斷主要依賴于骨密度的測量,以骨礦含量來反映骨強度,但骨的健康情況也會引起骨微形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。通過對骨小梁厚度等微觀參數(shù)的測量,可以全面細(xì)致地掌握骨質(zhì)疏松的病變規(guī)律,更有利于骨質(zhì)疏松疾病的早期診斷和治療。目前骨微觀參數(shù)雖有多種測量方法,但由于骨小梁形態(tài)的復(fù)雜性和差異性,尚存在數(shù)據(jù)有效性、測量結(jié)果準(zhǔn)確性以及執(zhí)行效率和穩(wěn)定性問題,因此需要進(jìn)一步地研究并加以改進(jìn)。定量CT(Quantitative Computed Tomography,QCT)的方法能夠在測量骨密度的同時獲得骨的三維結(jié)構(gòu),并可測量相應(yīng)的骨小梁結(jié)構(gòu)參數(shù)。這些結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包含骨小梁形態(tài)學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)兩個方面。本文在實驗室現(xiàn)有小動物CT與高分辨CT平臺上,對骨密度和骨結(jié)構(gòu)參數(shù)兩部分的測量方法進(jìn)行了研究,并用仿真數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)進(jìn)行了實驗驗證。動物骨密度測量方法基于圖像CT值與物質(zhì)密度呈線性關(guān)系的物理原理,本文通過實驗對比選擇了準(zhǔn)確性較高的骨標(biāo)準(zhǔn)模體方法實現(xiàn),并完成準(zhǔn)確性驗證。形態(tài)學(xué)參數(shù)選擇骨小梁厚度、骨小梁間隙、骨小梁數(shù)量和骨結(jié)構(gòu)指數(shù)四個參數(shù)進(jìn)行測量方法研究：對骨小梁厚度與間隙的測量,采用一種基于距離變換的三維測量算法,而骨小梁數(shù)量的計算通過厚度與間隙求出,在距離變換過程中對算法復(fù)雜度進(jìn)行了優(yōu)化；對骨結(jié)構(gòu)指數(shù)的測量,通過骨體積與基于Marching Cubes的表面積算法,有效提升了測量準(zhǔn)確性。通過與BoneJ測量結(jié)果對比驗證,6組實際豬頜骨數(shù)據(jù)骨小梁厚度、數(shù)量、間隙的相對誤差均小于3%,結(jié)構(gòu)指數(shù)平均相對誤差為3.49%,證明各參數(shù)測量方法具有足夠準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)選擇連通性和各向異性兩個參數(shù)進(jìn)行測量研究：對骨小梁連通性的測量,通過三維去噪的前處理方法提升了算法準(zhǔn)確性：對骨的各向異性的測量,通過對平均截斷長度迭代的方法提升了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過與BoneJ測量結(jié)果對比驗證,6組實際數(shù)據(jù)的連通性經(jīng)過三維去噪后相對誤差為零,各向異性相對誤差均小于2%,證明各參數(shù)測量方法具有足夠準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。上述測量方法在VC++平臺下進(jìn)行了實現(xiàn),并最終封裝為一個完整的骨結(jié)構(gòu)參數(shù)測量分析軟件。通過算法優(yōu)化,使得本系統(tǒng)軟件與其他方法相比,具有操作便捷、三維可視化效果直觀、執(zhí)行時間適中和測量結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點,對動物骨骼分析具有一定應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：骨密度 骨小梁厚度 顯微CT 三維可視化
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R580
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 骨質(zhì)疏松程度定量分析的目的和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外骨質(zhì)疏松定量分析的研究進(jìn)展12-16
• 1.2.1 用以骨質(zhì)疏松診斷定量參數(shù)的研究進(jìn)展12-14
• 1.2.2 骨密度測量方法進(jìn)展14-15
• 1.2.3 骨微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)測量方法進(jìn)展15-16
• 1.3 以BoneJ為代表的參數(shù)測量工具介紹16-17
• 1.4 課題研究內(nèi)容及難點17-18
• 1.5 論文的研究內(nèi)容安排18-20
• 第二章 QCT系統(tǒng)介紹與骨密度測量方法研究20-30
• 2.1 CT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 CT掃描成像原理概述21-22
• 2.3 小動物CT平臺與高分辨CT平臺介紹22-24
• 2.4 有模體的骨密度測量基本原理24-25
• 2.5 骨密度測量實驗與驗證25-29
• 2.5.1 本文算法測量結(jié)果26-28
• 2.5.2 與水模體測量方法對比分析28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-30
• 第三章 骨小梁形態(tài)學(xué)參數(shù)測量方法研究30-52
• 3.1 骨小梁厚度及間隙測量方法研究30-41
• 3.1.1 骨小梁厚度計算流程30-33
• 3.1.2 距離變換算法優(yōu)化33-35
• 3.1.3 骨小梁間隙及平均數(shù)量計算方法優(yōu)化35-37
• 3.1.4 仿真數(shù)據(jù)實驗驗證37-38
• 3.1.5 實際數(shù)據(jù)實驗驗證38-41
• 3.2 骨結(jié)構(gòu)指數(shù)測量方法研究41-51
• 3.2.1 骨結(jié)構(gòu)指數(shù)測量流程41-43
• 3.2.2 基于Marching Cubes的表面積算法優(yōu)化43-46
• 3.2.3 仿真數(shù)據(jù)實驗驗證46-48
• 3.2.4 實際數(shù)據(jù)實驗驗證48-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 骨小梁拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)測量方法研究52-70
• 4.1 骨小梁連通性測量方法研究52-60
• 4.1.1 連通性測量流程52-54
• 4.1.2 基于連通域判斷的連通性測量前處理方法54-56
• 4.1.3 仿真數(shù)據(jù)實驗驗證56-58
• 4.1.4 實際數(shù)據(jù)實驗驗證58-60
• 4.2 骨小梁各向異性測量方法研究60-69
• 4.2.1 各向異性測量流程60-63
• 4.2.2 橢球參數(shù)方程迭代63-65
• 4.2.3 仿真數(shù)據(jù)實驗驗證65-66
• 4.2.4 實際數(shù)據(jù)實驗驗證66-69
• 4.3 本章小結(jié)69-70
• 第五章 測量軟件系統(tǒng)開發(fā)70-82
• 5.1 軟件架構(gòu)設(shè)計70-71
• 5.2 系統(tǒng)交互界面設(shè)計71-73
• 5.3 系統(tǒng)三維可視化及交互工具開發(fā)73-81
• 5.3.1 基于雙向?qū)娱g輪廓插值的ROI圈定方法74-76
• 5.3.2 基于OpenGL紋理映射的可視化效果實現(xiàn)76-79
• 5.3.3 基于多線程的算法加速方法79-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第六章 總結(jié)和展望82-85
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 作者簡介90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：663812