發(fā)布時間：2017-09-23 06:00

  本文關(guān)鍵詞：肝臟與肝內(nèi)血管的分割及可視化研究

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【摘要】：隨著計算機輔助診斷技術(shù)的不斷發(fā)展,醫(yī)學圖像后處理工作站已成為肝病常規(guī)檢查、術(shù)前分析和術(shù)中輔助不可或缺的技術(shù)手段。但是由于肝臟器官的復雜性和多變性,這種后處理工作站所具備的基本可視化和分析功能難以適應肝臟診斷和手術(shù)的需求,因此基于圖像分割、三維可視化等技術(shù)的肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)應運而生。目前該系統(tǒng)面對復雜的臨床應用時,仍存在分割準確性、穩(wěn)定性、執(zhí)行效率及交互簡捷程度等方面的問題,因此需要進一步地研究并提高系統(tǒng)性能。肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)主要包括了肝臟分割、肝內(nèi)腫瘤分割、血管分割、血管分析與分類、肝段估計、目標可視化、虛擬手術(shù)交互及參數(shù)計算等環(huán)節(jié)。其中,肝臟分割、肝內(nèi)血管分割及分割目標的三維可視化作為系統(tǒng)流程的重要組成部分,是其他環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)。本文針對肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)中的肝臟分割與肝內(nèi)血管分割環(huán)節(jié),對現(xiàn)有算法進行研究和綜合改進。首先,通過肝臟CT圖像特征及肝臟分割過程中難點的分析,以兩種經(jīng)典的肝臟分割算法研究為基礎(chǔ),提出了一種肝臟分割的改進方法。該方法采用三維區(qū)域生長的基本思想,以Gaussian非線性耦合函數(shù)和Canny邊緣作為雙重約束條件,結(jié)合孔洞填充、最大連通域判斷、交互修正輪廓線等后處理環(huán)節(jié),可以實現(xiàn)肝臟分割魯棒性的提升以及算法穩(wěn)定性與執(zhí)行效率之間的平衡。以此為基礎(chǔ),對肝臟區(qū)域內(nèi)的血管進行進一步分割。以肝內(nèi)靜脈血管為主要研究對象,采用分割預處理、基于Hessian矩陣特征值的多尺度血管增強、最優(yōu)閾值血管分割與手動交互、分割后處理等環(huán)節(jié),實現(xiàn)了門靜脈和肝靜脈兩類靜脈血管的提取。在此基礎(chǔ)上延伸研究了肝內(nèi)靜脈血管骨架的提取和圖論表達,將分割后的血管圖像轉(zhuǎn)化為點-線圖形,進而獲取血管分支拓撲結(jié)構(gòu),為門靜脈、肝靜脈兩類血管的分離和肝段劃分提供模型基礎(chǔ)。最后,采用基于OpenGL紋理映射與GLSL片段著色器的體繪制方法,運用多重紋理技術(shù),對肝臟分割與肝內(nèi)血管分割的結(jié)果區(qū)分表達,并開發(fā)了空間內(nèi)任意平面切割、曲面切割工具,實現(xiàn)分割目標的三維可視化和交互。上述各環(huán)節(jié)在VC++平臺下實現(xiàn),使用臨床數(shù)據(jù)測試算法的實際執(zhí)行效果。通過實驗可知,本文提出的肝臟分割方法與經(jīng)典算法相比,分割質(zhì)量較好、執(zhí)行時間適中、交互簡捷易用；肝內(nèi)血管分割方法可獲取門靜脈、肝靜脈主要部分,進而提取血管骨架,并根據(jù)分支結(jié)構(gòu)初步獲取門靜脈主要分支；三維可視化配合灰度-不透明度傳遞函數(shù)的調(diào)節(jié),能夠直觀展現(xiàn)肝臟與肝內(nèi)血管的空間信息和內(nèi)部信息,切割交互工具為虛擬手術(shù)提供支持。
【關(guān)鍵詞】：肝臟分割 肝內(nèi)血管分割 三維可視化 交互工具
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R575;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究目的和意義10-13
• 1.1.1 肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)應用需求10-11
• 1.1.2 肝臟醫(yī)學背景11-12
• 1.1.3 肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)主要組成部分12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 肝臟虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 肝臟分割發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 肝內(nèi)血管分割發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.3 論文研究內(nèi)容及難點18-19
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第二章 一種改進的肝臟分割算法研究20-37
• 2.1 肝臟CT圖像特征及肝臟分割難點20-21
• 2.2 經(jīng)典的肝臟分割算法21-25
• 2.2.1 區(qū)域生長肝臟分割21-23
• 2.2.2 GVF-Snake肝臟分割23-25
• 2.3 基于Gaussian非線性耦合函數(shù)和Canny邊緣的分割算法研究25-30
• 2.3.1 圖像預處理26-27
• 2.3.2 Gaussian非線性耦合函數(shù)約束條件27-28
• 2.3.3 Canny邊緣約束條件28-29
• 2.3.4 分割后處理29-30
• 2.4 實驗結(jié)果與討論30-36
• 2.4.1 本文算法實驗結(jié)果31-34
• 2.4.2 本文算法與經(jīng)典算法實驗對比分析34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 基于Hessian矩陣增強的肝內(nèi)血管分割算法研究37-53
• 3.1 肝內(nèi)血管分割預處理37-38
• 3.2 基于Hessian矩陣的多尺度血管增強38-41
• 3.2.1 Hessian矩陣基本概念38-39
• 3.2.2 基于Hessian矩陣特征值的血管相似度函數(shù)構(gòu)建39-40
• 3.2.3 多尺度選擇性增強40-41
• 3.3 血管分割41-42
• 3.3.1 最優(yōu)閾值分割41-42
• 3.3.2 手動交互調(diào)節(jié)閾值42
• 3.4 血管骨架提取及圖論表達42-45
• 3.4.1 骨架提取預處理42-43
• 3.4.2 血管骨架提取43-44
• 3.4.3 血管骨架圖論表達44-45
• 3.5 實驗結(jié)果及分析45-52
• 3.5.1 血管增強測試結(jié)果45-47
• 3.5.2 血管分割測試結(jié)果47-50
• 3.5.3 血管骨架提取及圖論表達測試結(jié)果50-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 肝臟與肝內(nèi)血管的三維可視化及交互工具開發(fā)53-64
• 4.1 肝臟與肝內(nèi)血管的三維可視化53-58
• 4.1.1 基于OpenGL紋理映射與GLSL片段著色器的體繪制基本原理53-55
• 4.1.2 肝臟與肝內(nèi)血管多紋理體繪制55-58
• 4.2 交互工具開發(fā)58-63
• 4.2.1 任意平面切割58-62
• 4.2.2 曲面切割62-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第五章 總結(jié)與展望64-66
• 5.1 總結(jié)64-65
• 5.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-70
• 作者簡介70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 彭豐平;鮑蘇蘇;曾碧卿;;基于自適應區(qū)域生長算法的肝臟分割[J];計算機工程與應用;2010年33期

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 湯敏;醫(yī)學圖像處理中關(guān)鍵技術(shù)研究及基礎(chǔ)應用平臺研發(fā)[D];南京航空航天大學;2007年

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本文編號：903575