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基于顺序形态学理论的医学CT图像三维重建方法的研究

作　者: 徐艳蕾
导　师: 赵继印
学　校: 吉林大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 医学CT图像顺序形态学平滑滤波边缘检测图像分割三维插值三维重建
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 595次
引　用: 3次
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内容摘要

医学图像三维重建方法是医学影像处理系统中的重要组成部分,也是医学图像可视化技术的重点研究问题。本文在深入研究医学CT图像的特点及顺序形态学理论的基础上,主要对基于顺序形态学理论的医学CT图像三维重建方法进行深入研究。针对医学CT图像三维重建方法的图像滤波、边缘检测、分割和三维重建算法等核心内容和关键技术进行研究,主要研究内容如下:(1)医学CT图像滤波平滑算法的研究。在分析顺序形态变换滤波特性的基础上,提出了基于多尺度多结构顺序形态变换的医学CT图像平滑滤波算法,该算法不仅能较好地保持图像的边缘和细节,而且增强了恢复图像的对比度。(2)医学CT图像边缘检测算法的研究。在顺序形态学理论的基础上构建了多尺度多结构元素边缘检测算子,该算子具有提取准确和边缘清晰的特点,而且能够滤除噪声。对于大尺寸图像,顺序形态变换运算速度较慢,因此本文研究了一种快速的基于顺序形态学的医学CT图像边缘检测算法,此算法获得的边缘准确、清晰,而且运算速度大大提高,为图像快速处理奠定了基础。(3)医学CT图像分割算法的研究。通过对顺序形态梯度特性的研究,提出了基于顺序形态梯度的改进的区域增长分割算法和基于顺序形态梯度重构的分水岭分割算法。改进的区域增长算法能够准确分割CT图像中的感兴趣区域,而基于顺序形态梯度重构的分水岭分割算法解决了传统分水岭分割算法的过分割问题。(4)医学CT图像三维插值算法的研究。本文提出了基于顺序形态学的医学CT图像三维插值算法,该算法减小了插值切片间的误差,具有边界清晰、准确和结构清楚的优点,为后续的医学CT图像三维重建奠定了良好的基础。(5)医学CT图像三维重建算法的研究。在基于分割的MC面绘制三维重建算法的基础上,将改进的区域增长分割算法与其相结合,提高了医学CT图像三维重建的精度和运算速度。本文对医学CT图像三维重建的基础内容进行了深入的研究,为医学图像三维重建系统的开发奠定了理论基础,在疾病的诊断和治疗方面具有重要的理论意义和实际应用价值。

全文目录

提要  4-9
第1章绪论  9-20
  1.1 引言  9-10
  1.2 医学图像三维重建技术在医疗系统中的应用  10-12
    1.2.1 医疗诊断方面的应用  10
    1.2.2 手术规划及放射治疗规划方面的应用  10-11
    1.2.3 整形与假肢外科方面的应用  11-12
    1.2.4 虚拟手术方面的应用  12
  1.3 医学图像三维重建技术的国内外研究现状及发展趋势  12-15
    1.3.1 国外的研究现状及发展趋势  13-14
    1.3.2 国内的研究现状及发展趋势  14-15
  1.4 医学图像三维重建的关键技术  15-18
    1.4.1 医学图像数据的获取  15-16
    1.4.2 医学图像的滤波增强  16
    1.4.3 医学图像的边缘检测和分割  16-18
    1.4.4 医学图像三维重建技术  18
  1.5 本文主要研究内容  18-20
第2章医学图像三维重建关键技术  20-39
  2.1 医学图像数据格式  20-26
    2.1.1 DICOM标准的内容  20-22
    2.1.2 DICOM文件总体结构  22-25
    2.1.3 DICOM文件示例  25-26
  2.2 医学图像滤波增强  26-28
    2.2.1 医学图像滤波  26-27
    2.2.2 医学图像增强  27-28
  2.3 医学图像边缘检测  28-30
    2.3.1 传统的边缘检测算子  28
    2.3.2 基于小波变换的边缘检测  28-29
    2.3.3 基于数学形态学的边缘检测  29
    2.3.4 基于神经网络的边缘检测  29-30
    2.3.5 基于遗传算法的边缘检测  30
  2.4 医学图像分割  30-32
    2.4.1 区域增长分割方法  30-31
    2.4.2 阈值分割方法  31
    2.4.3 基于模糊理论的分割方法  31
    2.4.4 基于数学形态学理论的分割方法  31-32
    2.4.5 基于小波变换的分割方法  32
  2.5 医学图像三维重建  32-34
    2.5.1 面绘制方法  33
    2.5.2 体绘制方法  33-34
  2.6 顺序形态学  34-38
    2.6.1 传统数学形态学  34-37
    2.6.2 顺序形态学  37-38
  2.7 本章小结  38-39
第3章基于顺序形态变换的CT图像滤波算法  39-54
  3.1 引言  39
  3.2 医学图像格式的转换  39-41
  3.3 医学图像滤波算法  41-45
    3.3.1 均值滤波算法  41-42
    3.3.2 中值滤波算法  42-43
    3.3.3 基于小波变换的平滑滤波算法  43-45
  3.4 顺序形态变换及在CT图像滤波中的应用  45-53
    3.4.1 灰度形态学基本运算  45-48
    3.4.2 形态学开闭运算的滤波特性  48-50
    3.4.3 数字图像的顺序形态变换  50
    3.4.4 顺序形态变换的滤波特性  50-51
    3.4.5 基于多尺度多结构顺序形态变换的CT图像滤波算法  51-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章基于顺序形态变换的CT图像边缘检测算法  54-75
  4.1 引言  54
  4.2 图像边缘检测  54-57
    4.2.1 边缘的定义和分类  54-56
    4.2.2 边缘检测的要求  56-57
  4.3 医学图像边缘检测技术和方法  57-64
    4.3.1 经典边缘检测算子  57-61
    4.3.2 基于小波变换的边缘检测算法  61-62
    4.3.3 基于数学形态学的边缘检测算法  62-63
    4.3.4 基于神经网络的边缘检测算法  63-64
  4.4 基于顺序形态变换的医学CT图像边缘检测算法  64-69
    4.4.1 顺序形态变换的边缘检测特性  64
    4.4.2 顺序形态边缘检测算子  64-67
    4.4.3 实验结果与分析  67-69
  4.5 基于顺序形态变换的医学CT图像边缘检测快速算法  69-74
    4.5.1 顺序形态变换快速优化算法的设计思想  70-71
    4.5.2 快速优化算法的实现  71-72
    4.5.3 实验结果及分析  72-74
  4.6 本章小结  74-75
第5章基于顺序形态梯度的CT图像分割算法  75-93
  5.1 引言  75
  5.2 图像分割  75-77
    5.2.1 图像分割的定义和分类  75-76
    5.2.2 图像分割的评价标准  76-77
  5.3 医学图像分割技术和方法  77-84
    5.3.1 区域增长分割算法  78-79
    5.3.2 阈值分割算法  79-81
    5.3.3 基于小波变换的分割算法  81-82
    5.3.4 基于模糊理论的分割算法  82-83
    5.3.5 基于数学形态学理论的分割算法  83-84
  5.4 基于顺序形态梯度的区域增长CT图像分割算法  84-87
    5.4.1 顺序形态梯度图  84
    5.4.2 种子点和浮动域值的选取  84-85
    5.4.3 仿真实验及结果分析  85-87
  5.5 基于顺序形态梯度重构的分水岭CT图像分割算法  87-92
    5.5.1 分水岭变换  87-88
    5.5.2 形态学重构  88-90
    5.5.3 基于顺序形态梯度重构的分水岭分割算法  90-91
    5.5.4 实验结果与分析  91-92
  5.6 本章小结  92-93
第6章医学CT图像三维重建的插值算法和面绘制技术  93-112
  6.1 引言  93
  6.2 基于顺序形态学的CT图像插值算法  93-99
    6.2.1 百分位膨胀腐蚀  94-95
    6.2.2 基于百分位膨胀腐蚀的CT图像插值算法  95-97
    6.2.3 仿真实验及结果分析  97-99
  6.3 医学CT图像三维重建算法  99-105
    6.3.1 面绘制方法  99-101
    6.3.2 体绘制方法  101-102
    6.3.3 混合绘制方法  102-103
    6.3.4 各类重建方法的特点与应用  103-105
  6.4 医学CT图像MC三维重建算法  105-110
    6.4.1 传统的Marching Cubes算法  105-106
    6.4.2 Marching Cubes算法存在的问题  106-108
    6.4.3 基于分割的MC三维重建算法  108-110
  6.5 本章小结  110-112
第7章全文总结与展望  112-115
  7.1 全文总结  112-114
  7.2 工作展望  114-115
参考文献  115-123
攻读博士学位期间发表的学术论文  123-124
致谢  124-125
摘要  125-128
ABSTRACT  128-130

基于顺序形态学理论的医学CT图像三维重建方法的研究

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