本文關(guān)鍵詞：神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中顱腦模型的三維重建，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2008年

神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中顱腦模型的三維重建

陳友元  

【摘要】： 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用,這種系統(tǒng)可應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)演練和進(jìn)一步的實(shí)際手術(shù)中,對先進(jìn)手術(shù)方式的推廣能起到很好的促進(jìn)作用。而醫(yī)學(xué)圖像三維重建是虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù),它將獲得的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)(如CT、MRI數(shù)據(jù)等)進(jìn)行重構(gòu),以直觀、生動、形象的方式展現(xiàn)在人們面前,能為病灶的準(zhǔn)確診斷和制定行之有效的手術(shù)方案提供豐富的資料。因此,本研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。 首先,本文對醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像和通信標(biāo)準(zhǔn)(DICOM)作了簡要介紹,接著分析了DICOM文件格式,然后介紹了灰度變換、插值和噪聲消除等圖像預(yù)處理技術(shù),以及閾值分割、模糊C-均值聚類(FCM)分割等圖像分割技術(shù)。本文還針對FCM算法在圖像分割中存在運(yùn)算時間長的問題,提出了一種改進(jìn)方法,改進(jìn)方法包括兩個方面,一是以K-均值聚類求出的聚類中心為FCM的初始聚類中心,一是以灰度級為數(shù)據(jù)集代替原FCM算法中的以圖像像素為數(shù)據(jù)集。實(shí)驗表明,該改進(jìn)算法具有較高的效率且分割結(jié)果精確。 其次,討論了三維重建技術(shù)。三維重建技術(shù)包括面繪制和體繪制兩種方法,由于體繪制計算量大,硬件設(shè)備依賴性大,而手術(shù)模擬系統(tǒng)要求很高的實(shí)時性,所以本文采用面繪制方法中的移動立方體算法(MC)進(jìn)行圖像三維重建。在文中詳細(xì)介紹了MC算法的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法,并分析了MC算法中連接方式產(chǎn)生二義性的原因,同時給出了漸近線判別法消除連接二義性的具體實(shí)現(xiàn),還討論了對三角網(wǎng)格的簡化。 最后,根據(jù)神經(jīng)外科虛擬手術(shù)的特點(diǎn),對軟件的需求進(jìn)行了分析,提出了系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo),并對軟件要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了詳細(xì)的分析和定義,將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)管理、預(yù)處理、分割、三維重建和手術(shù)模擬操作等五大模塊。本文選取Visual C++、OpenGL作為系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺,初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理、預(yù)處理、分割和三維重建等模塊的功能。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

摘要4-5

ABSTRACT5-10

第一章 緒論10-17

1.1 課題背景及研究意義10-12

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14

1.3 三維重建研究的內(nèi)容14-15

1.3.1 圖像預(yù)處理14

1.3.2 圖像分割14-15

1.3.3 三維繪制15

1.4 論文的章節(jié)安排15-17

第二章 相關(guān)技術(shù)介紹17-29

2.1 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)17-19

2.1.1 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)組成17-18

2.1.2 DICOM 數(shù)據(jù)編碼18-19

2.2 預(yù)處理19-25

2.2.1 CT 值及灰度變換20-21

2.2.2 偽彩色處理21

2.2.3 斷層插值21-23

2.2.4 圖像噪聲消除23-25

2.3 圖像分割25-28

2.3.1 閾值分割25-26

2.3.2 模糊C-均值聚類算法26-28

2.4 本章小結(jié)28-29

第三章 三維重建算法研究29-43

3.1 三維重建方法分類與比較29-30

3.1.1 重建方法分類29-30

3.1.2 重建方法比較30

3.2 面繪制中的 Marching Cubes 算法30-42

3.2.1 體素模型31-32

3.2.2 等值面32-33

3.2.3 MC 算法原理33-36

3.2.4 等值面二義性消除36-39

3.2.5 簡化三角網(wǎng)格39-42

3.3 本章小結(jié)42-43

第四章 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計43-52

4.1 系統(tǒng)需求分析44-47

4.1.1 設(shè)計目標(biāo)44

4.1.2 功能需求44

4.1.3 功能定義44-46

4.1.4 系統(tǒng)用例分析46-47

4.2 系統(tǒng)設(shè)計47-51

4.2.1 系統(tǒng)平臺選擇47

4.2.2 系統(tǒng)模塊組成47-48

4.2.3 系統(tǒng)工作流程48-49

4.2.4 整體計算框架49-51

4.3 本章小結(jié)51-52

第五章 系統(tǒng)中三維重建的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)52-69

5.1 三維重建模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)52-56

5.1.1 重建算法52-55

5.1.2 繪制框架55

5.1.3 重建實(shí)現(xiàn)流水線55-56

5.1.4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果56

5.2 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)56-62

5.2.1 輸入模塊57

5.2.2 輸出模塊57-58

5.2.3 DICOM 文件讀取58-62

5.2.4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果62

5.3 預(yù)處理模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)62-63

5.3.1 預(yù)處理模塊62-63

5.3.2 實(shí)現(xiàn)結(jié)果63

5.4 分割模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)63-68

5.4.1 分割模塊63-64

5.4.2 FCM 算法流程64-65

5.4.3 FCM 的改進(jìn)65-67

5.4.4 實(shí)現(xiàn)結(jié)果67-68

5.5 本章小結(jié)68-69

第六章 結(jié)論與展望69-71

致謝71-72

參考文獻(xiàn)72-76

攻碩期間取得的研究成果76-77

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【引證文獻(xiàn)】

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6 單錦露,張紹祥,劉正津,譚立文,林支付,王平安;女性盆腔的可視化研究及其意義[J];中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù);2005年03期

7 翟藝書,柳曉鳴;基于小波變換和模糊c-均值聚類的圖像邊緣檢測[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2005年04期

8 高新波,范九倫,謝維信;區(qū)間值數(shù)據(jù)模糊c-均值聚類新算法[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;1999年05期

9 唐亮,黃培之,謝維信;顧及數(shù)據(jù)空間分布特性的模糊C-均值聚類算法研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2003年04期

10 臧愛云,原魁;基于真實(shí)切割的虛擬手術(shù)中力覺模型建模方法研究[J];中國體視學(xué)與圖像分析;2004年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳振剛;;16層螺旋CT三維重建技術(shù)在頜面部骨折診斷中的應(yīng)用價值[A];2010中華醫(yī)學(xué)會影像技術(shù)分會第十八次全國學(xué)術(shù)大會論文集[C];2010年

2 毛蕓;;64排螺旋CT三維重建技術(shù)在絞窄性腸梗阻中的診斷價值[A];中華醫(yī)學(xué)會第十三屆全國放射學(xué)大會論文匯編（下冊）[C];2006年

3 王春龍;張頌;;胸骨三維重建誤診為骨折一例[A];中國法醫(yī)學(xué)會全國第十次法醫(yī)臨床學(xué)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2007年

4 顧俊瑋;楊燕敏;張偉華;;旋轉(zhuǎn)DSA三維重建技術(shù)在顱內(nèi)動脈狹窄的臨床價值[A];2009中華醫(yī)學(xué)會影像技術(shù)分會第十七次全國學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

5 王滔;羅珺;上官晉華;;平板旋轉(zhuǎn)DSA及三維重建技術(shù)在顱內(nèi)動脈瘤診斷和介入治療中的應(yīng)用價值[A];2009中華醫(yī)學(xué)會影像技術(shù)分會第十七次全國學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

6 梁有發(fā);葉斌;石橋;;螺旋CT掃描及CT三維重建技術(shù)在寰樞椎損傷中的臨床應(yīng)用[A];中華醫(yī)學(xué)會第十三屆全國放射學(xué)大會論文匯編（下冊）[C];2006年

7 何建斌;吳曉明;;多層螺旋CT三維重建技術(shù)在上頸椎損傷中的臨床應(yīng)用[A];2005年浙江省放射學(xué)學(xué)術(shù)年會論文匯編[C];2005年

8 許靜;劉寧;;加溫輸液在神經(jīng)外科圍手術(shù)期的應(yīng)用及意義[A];中華護(hù)理學(xué)會2009全國靜脈治療護(hù)理學(xué)術(shù)交流暨專題講座會議論文匯編[C];2009年

9 李麗卿;盧海霞;;神經(jīng)外科病人繼發(fā)性尿崩癥的護(hù)理[A];全國外科護(hù)理學(xué)術(shù)會議暨專題講座論文匯編[C];2000年

10 吳亞榮;謝霞梅;楊青;陳秀貞;;股靜脈穿刺置管在神經(jīng)外科中的應(yīng)用[A];首屆《中華護(hù)理雜志》論文寫作知識專題講座暨研討會論文匯編[C];2001年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報記者 劉景峰;[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報;2009年

2 采寫/特約記者 李妍斐;[N];健康報;2010年

3 張詠梅;[N];北京人才市場報;2008年

4 吳衛(wèi)紅;[N];健康報;2011年

5 趙修娟;[N];科技日報;2009年

6 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科 凌鋒;[N];健康報;2001年

7 記者 周惠真;[N];閩南日報;2010年

8 本報記者 蘇雁　本報通訊員 孫寧華 楊愛琴;[N];光明日報;2009年

9 劉耀侖;[N];大眾科技報;2009年

10 本報記者 李海旭;[N];河南日報;2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張峰峰;機(jī)器人輔助骨科虛擬手術(shù)系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 高永輝;虛擬手術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2011年

3 何飛;計算機(jī)三維重建可視化引導(dǎo)下準(zhǔn)確置入下頸椎椎弓根釘?shù)难芯縖D];昆明醫(yī)學(xué)院;2009年

4 喬暉;神經(jīng)外科術(shù)中容量治療監(jiān)測與效應(yīng)的臨床研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

5 李艷波;虛擬手術(shù)中軟組織建模與碰撞檢測方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

6 劉筱菁;數(shù)字化外科學(xué)在顱頜面外科的應(yīng)用[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2007年

7 劉侍剛;高精度三維重建技術(shù)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2005年

8 郁松;3D虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)鏡手術(shù)仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2011年

9 王滿寧;神經(jīng)導(dǎo)航誤差分析與提高空間配準(zhǔn)精度的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

10 陸云濤;經(jīng)蝶海綿竇內(nèi)側(cè)壁相關(guān)解剖和手術(shù)學(xué)研究[D];第一軍醫(yī)大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳友元;神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中顱腦模型的三維重建[D];電子科技大學(xué);2008年

2 黃磊;頜骨虛擬手術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)與可用性研究[D];西北大學(xué);2010年

3 徐飛;虛擬手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2010年

4 王莉娟;虛擬手術(shù)力反饋人機(jī)交互控制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2010年

5 黃雷;虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中手術(shù)場景的模擬及系統(tǒng)集成[D];上海交通大學(xué);2010年

6 侯錦蓉;面向虛擬手術(shù)的碰撞檢測算法研究[D];中南大學(xué);2010年

7 劉梅;虛擬手術(shù)中軟組織切割變形仿真研究[D];山東大學(xué);2010年

8 李云鵬;應(yīng)用VTK技術(shù)建立唇腭裂畸形可視化模型的初步研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2007年

9 邵剛;顱面部螺旋CT掃描數(shù)據(jù)三維重建及虛擬手術(shù)研究[D];青島大學(xué);2010年

10 徐鵬宇;正頜外科虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];東南大學(xué);2004年

  本文關(guān)鍵詞：神經(jīng)外科虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中顱腦模型的三維重建，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：101562