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基于DT-MRI数据的心肌纤维可视化及分析系统

作　者: 孔姝涵
导　师: 王宽全
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 心肌纤维 核磁共振弥散张量成像 可视化 图元显示 流线跟踪
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要


心脏是人体最重要的功能器官之一。近年来心脏疾病已成为人类健康的重要威胁。心肌纤维的收缩力与舒张力和心脏的泵血功能有着密切的联系。心肌纤维结构的改变会导致心律失常、心力衰竭等症状,更加严重的会导致人的猝死。因此,建立精细的心肌纤维走向模型对研究心脏解剖结构以及心脏病的诊断和治疗具有重大意义。核磁共振弥散张量成像(Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging, DT-MRI)是近年来提出的一项新的医学影像技术。它利用核磁共振技术测量细胞内多个方向上水分子弥散运动的特征,可以全面充分研究活体组织微细结构,在活体组织精细结构研究中具有其他技术无法相比的优点。它在心肌病、心律失常、急性心肌梗死后的心室重构等病因诊断中有着巨大的潜在的临床应用价值。DT-MRI技术已经应用于脑白质神经走向的重建,但对于心肌纤维走向重建还处于初步阶段,相关文献较少、缺少系统性研究。本文基于犬心室的DT-MRI数据集开展了三维心肌纤维结构的可视化方法及其可视化系统设计与实现的研究,具体内容如下:(1)利用阈值滤波、中值滤波和邻域平均法对原始DT-MRI数据进行去噪预处理,消除由噪声数据引起的跟踪结果偏差。(2)利用体绘制技术、图元显示法和纤维跟踪法对犬心室的DT-MRI数据进行可视化,计算其心肌纤维的各向异性程度和旋转方向,重建了犬心室的三维心肌纤维走向结构。(3)根据自定义感兴趣区的最大特征向量和各向异性测度值,进行了少量心肌纤维走向绘制,可从微观角度分析、研究犬心室心肌纤维的走向特征。(4)对基于DT-MRI数据的心肌纤维可视化应用进行了详细的需求分析和系统设计,基于VTK(Visualization Toolkit)实现一个DT-MRI数据的心肌纤维可视化和分析系统,为研究心脏结构提供了一个有力工具。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景、目的与研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文主要研究内容及组织结构  11-14
    1.3.1 研究工作要点  11-13
    1.3.2 论文组织结构  13-14
第2章 DT-MRI 基本原理及可视化方法  14-22
  2.1 DT-MRI 基本原理  14-19
    2.1.1 磁共振成像  14
    2.1.2 扩散张量成像  14-17
    2.1.3 各向异性测度的计算  17-19
  2.2 DT-MRI 数据集可视化方法  19-21
    2.2.1 颜色编码法  20
    2.2.2 图元显示法  20
    2.2.3 纤维跟踪与白质纤维束成像技术  20-21
    2.2.4 体绘制  21
  2.3 本章小结  21-22
第3章 心肌纤维预处理和可视化  22-31
  3.1 心肌纤维原始数据预处理  22-24
  3.2 心肌纤维标量数据可视化  24-25
    3.2.1 光线投射算法  24-25
  3.3 心肌纤维张量数据可视化  25-30
    3.3.1 图元显示法  25-27
    3.3.2 纤维跟踪法  27-30
  3.4 本章小结  30-31
第4章 基于DT-MRI 数据的心肌纤维可视化及分析系统设计  31-41
  4.1 系统总体需求分析  31-32
  4.2 系统功能需求分析  32-35
    4.2.1 噪声滤除模块  32
    4.2.2 体绘制模块  32-33
    4.2.3 图元显示模块  33-34
    4.2.4 纤维跟踪模块  34
    4.2.5 纤维跟踪结果分析模块  34-35
  4.3 系统总体结构设计  35-36
  4.4 系统详细结构设计  36-40
    4.4.1 噪声滤除模块设计  37
    4.4.2 体绘制模块设计  37-38
    4.4.3 图元显示模块设计  38-39
    4.4.4 纤维跟踪模块设计  39-40
    4.4.5 纤维跟踪结果分析模块设计  40
  4.5 本章小结  40-41
第5章 基于DT-MRI 数据的心肌纤维可视化及分析系统的实现及测试  41-61
  5.1 开发工具与开发环境  41
  5.2 系统实现  41-49
    5.2.1 噪声滤除模块实现  42-43
    5.2.2 体绘制模块实现  43-44
    5.2.3 图元显示模块实现  44-46
    5.2.4 纤维跟踪模块实现  46-49
    5.2.5 纤维跟踪结果分析模块实现  49
  5.3 系统测试  49-60
    5.3.1 功能测试  49-57
    5.3.2 用户界面测试  57-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

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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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