本文關(guān)鍵詞：肺部CT血管分割及三維重建

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【摘要】：現(xiàn)代社會(huì)人們的生活水平不斷改善,由于膳食不合理以及鍛煉的缺乏,我國(guó)血管類疾病發(fā)生率不斷攀高,傳統(tǒng)的逐張讀片的診斷方式效率低下且依賴于醫(yī)生個(gè)人的知識(shí)儲(chǔ)備,本文以肺部CT序列為著重點(diǎn),對(duì)其中的血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割,使用三維重建技術(shù)對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行重建,為肺部血管疾病的診斷與治療提供有力的輔助工具。首先,本文研究了X光和CT成像的原理以及DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容,肺部血管分割第一步需要分割獲得肺實(shí)質(zhì),然后在肺實(shí)質(zhì)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行后續(xù)的血管分割。為了實(shí)現(xiàn)肺實(shí)質(zhì)的分割,本文研究了常用的圖像分割方法,最終綜合使用Otsu法、置信區(qū)域生長(zhǎng)算法以及形態(tài)學(xué)運(yùn)算完成了肺實(shí)質(zhì)的分割。然后,本文研究了目前常用的血管分割算法,主要包括兩類,一類是傳統(tǒng)的基于Hessian矩陣的分割算法,如SATO及Frangi算法,此類算法在尺度選擇過程中使用的是各向同性的選擇方法,缺點(diǎn)是去除噪聲的同時(shí)模糊了圖像紋理,為此本文又研究了基于各向異性擴(kuò)散的血管增強(qiáng)算法,最后通過實(shí)驗(yàn)分析比較了兩種算法,對(duì)算法出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的解決辦法,具體是添加了全局的灰度選擇函數(shù)并對(duì)濾波方程作了修改使之更符合臨床實(shí)際需要,再就是通過處理前與處理后圖像的復(fù)合增強(qiáng),一定程度上解決了圖像濾波后所呈現(xiàn)的模糊失真問題。為了驗(yàn)證本文所提改進(jìn)方法的正確性,本文以專家標(biāo)定的肺部數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)使用ROC曲線對(duì)多種算法的表現(xiàn)進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證了本文所進(jìn)行改進(jìn)的有效性。最后,為了方便分割結(jié)果的呈現(xiàn),本文研究了三維重建技術(shù),包括面繪制技術(shù)和體繪制技術(shù),面繪制技術(shù)以移動(dòng)立方體算法為例進(jìn)行了分析,體繪制技術(shù)則以光線投射算法為例進(jìn)行了分析,此外還對(duì)比分析了兩種可視化算法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景。論文最后結(jié)合開源工具ITK、VTK、CTK、QT開發(fā)了3D-Vessel軟件,軟件集成了上面研究的分割及可視化算法,通過回調(diào)函數(shù)的設(shè)計(jì)以及GPU體繪制的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的繪制效果動(dòng)態(tài)更新,具有一定的臨床實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：CT序列圖像 血管分割 三維重建
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;R816.4;R563
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究目的9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 醫(yī)學(xué)圖像分割方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 醫(yī)學(xué)圖像處理工具國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 醫(yī)學(xué)CT圖像簡(jiǎn)介14-18
• 1.3.1 CT成像原理14-15
• 1.3.2 DICOM協(xié)議介紹15-18
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 肺實(shí)質(zhì)分割與預(yù)處理19-26
• 2.1 調(diào)窗處理19-20
• 2.2 體數(shù)據(jù)分割概述20-23
• 2.3 肺實(shí)質(zhì)分割23-25
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果25
• 2.5 小結(jié)25-26
• 第3章 CT圖像血管增強(qiáng)技術(shù)26-49
• 3.1 血管增強(qiáng)方法概述26-27
• 3.2 基于Hessian矩陣的血管增強(qiáng)27-32
• 3.2.1 尺度空間理論27-28
• 3.2.2 Frangi血管增強(qiáng)28-32
• 3.3 基于各向異性濾波技術(shù)的血管增強(qiáng)32-38
• 3.3.1 熱傳導(dǎo)方程32
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)張量和擴(kuò)散張量32-35
• 3.3.3 PM、C模型及各向異性擴(kuò)散35-37
• 3.3.4 基于各向異性擴(kuò)散的血管增強(qiáng)37-38
• 3.4 發(fā)現(xiàn)的問題與改進(jìn)38-43
• 3.4.1 Sigmoid調(diào)窗40-41
• 3.4.2 濾波函數(shù)改進(jìn)41-42
• 3.4.3 原圖與濾波圖像復(fù)合增強(qiáng)42-43
• 3.5 實(shí)驗(yàn)評(píng)估及結(jié)果43-48
• 3.6 小結(jié)48-49
• 第4章 三維重建技術(shù)與軟件設(shè)計(jì)49-62
• 4.1 三維重建技術(shù)介紹49-55
• 4.1.1 面繪制技術(shù)50-53
• 4.1.2 體繪制技術(shù)53-55
• 4.1.3 面繪制與體繪制對(duì)比55
• 4.2 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與功能介紹55-61
• 4.2.1 工具（ITK、VTK、CTK、QT、Cmake）介紹55-56
• 4.2.2 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)56-57
• 4.2.3 軟件功能介紹57-59
• 4.2.4 肺部血管分割展示59-61
• 4.3 小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

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本文編號(hào)：710939