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脑电计算中基于医学图像的真实头有限元模型构造研究

作　者: 刘君
导　师: 朱善安
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 脑电 有限元素法 真实头模型 图像分割 图像配准 网格剖分
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 244次
引　用: 2次
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内容摘要


脑电研究对探索脑神经的活动规律、研究脑的认知功能具有重要的科学意义和临床应用价值。基于有限元素法的脑电正问题计算一直是脑电研究的一个重要手段，而利用有限元素法计算脑电正问题的前提是获得一个可以精确描述人体头部构造的有限元模型。目前真实头有限元模型的获取或是自动化程度低，难以在不同的对象上重复进行，或是对头部的组织做了很多的简化和平滑。从临床应用的角度出发，真实头的有限元模型建模仍然是一项很有挑战性的工作。本文在综合应用和改进多种医学图像处理技术的基础上提出了一种新的基于多源数据的真实头有限元模型构建方法，主要研究内容如下：1、通过综合运用和改进多种图像分割方法从CT和MRI两种数据源中自动地分割出了头皮、颅骨、脑脊液、灰质和白质五种组织。2、提出了基于轮廓比对和基于力学分解原理的两种适用于头部断层图像配准的方法，在此基础上对CT和MRI两组数据进行了配准，使得用于有限元建模的数据融合了CT和MRI两种成像方式的优点。3、提出了两种针对包含多种复杂形态组织的三维体数据的有限元网格剖分方法，在此基础上得到了包含五种组织的真实头有限元模型。4、将本文方法得到的真实头有限元模型应用到了脑电正问题的求解上，通过在球模型和真实头模型上的实验验证了模型的可靠性，通过在多组数据上的重复实验验证了本文建模方法的通用性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-30
  1.1 基于脑电现象的脑功能研究  10-14
    1.1.1 脑电的产生原理及研究意义  10-12
    1.1.2 脑电研究中的两个基本问题  12
    1.1.3 脑电研究中的常用计算方法  12-14
  1.2 脑电计算中的有限元模型  14-19
    1.2.1 常用的几种模型  14-16
    1.2.2 真实头有限元模型的常用构建方法  16-17
    1.2.3 现有建模方法的不足  17-18
    1.2.4 真实头有限元模型构建中的难点  18-19
  1.3 模型构建中的医学图像分割方法  19-21
    1.3.1 常用的医学图像分割技术  19-20
    1.3.2 现有分割方法在真实头有限元建模中的不足  20-21
  1.4 模型构建中的有限元网格剖分方法  21-22
    1.4.1 常用的网格剖分方法  21-22
    1.4.2 现有网格剖分方法在建模中的不足  22
  1.5 本文的主要研究工作  22-24
  【参考文献】  24-30
第二章 真实头有限元模型建模中的CT/MRI图像分割方法  30-48
  2.1 引言  30-31
  2.2 CT图像的分割  31-35
    2.2.1 CT图像中颅脑区域的提取  31-34
    2.2.2 CT图像中头皮与颅骨的分割  34-35
  2.3 MRI图像的分割  35-45
    2.3.1 MRI图像中颅脑区域的提取  35-36
    2.3.2 MRI颅脑图像中脑脊液、灰质和白质的分割  36-45
  2.4 小结  45
  【参考文献】  45-48
第三章 真实头有限元模型建模中的CT/MRI图像配准方法  48-72
  3.1 图像配准技术概述  48-49
  3.2 图像配准中的三个重要元素  49-54
    3.2.1 图像的空间变换模型  49-51
    3.2.2 配准的相似性测度准则  51-53
    3.2.3 空间变换参数的寻优  53-54
  3.3 基于轮廓比对与最小二乘的图像配准算法  54-62
  3.4 基于力学分解原理与粒子群优化的图像配准算法  62-69
  3.5 小结  69
  【参考文献】  69-72
第四章 基于复杂形态分类体数据的四面体网格剖分方法  72-92
  4.1 引言  72-73
  4.2 典型的网格剖分方法  73-75
    4.2.1 基于Advancing Front Technology的网格剖分方法  73-74
    4.2.2 Delaunay网格剖分方法  74-75
  4.2 基于单组织重构与多组织分类的有限元模型生成方法  75-78
    4.2.1 基于等距离取点与最短对角线的表面网格生成方式  75-76
    4.2.2 基于表面网格的四面体网格生成方法  76-77
    4.2.3 基于单组织模型的多组织分类  77-78
  4.3 基于LEPP递变的四面体网格自适应剖分算法  78-89
    4.3.1 网格空间的初始化  79-80
    4.3.2 基于LEPP的自适应细分  80-83
    4.3.3 表面形态的重建  83-85
    4.3.4 网格质量的优化  85-86
    4.3.5 有限元节点编号优化  86-87
    4.3.6 剖分结果  87-89
  4.4 小结  89-90
  【参考文献】  90-92
第五章 真实头有限元模型在脑电正问题计算中的应用  92-106
  5.1 三层球模型的仿真实验  92-96
  5.2 真实头模型的仿真实验  96-100
  5.3 有限元与有限差分结果的比较  100-101
  5.4 颅内电极板对头表电化分布的影响  101-103
  5.5小结  103
  【参考文献】  103-106
第六章 总结与展望  106-112
  6.1 总结  106-108
  6.2 展望  108-109
  【参考文献】  109-112
攻读学位期间发表的学术论文  112-114
致谢  114

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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