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骨肉瘤医学影像分析系统研究

作　者: 丁少伟
导　师: 陈春晓
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 骨肉瘤 图像分割 GPU 光线投射 三维交互测量 临床指标
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要


骨肉瘤是最常见的原发恶性骨肿瘤之一，多发于儿童和青少年，恶性程度高，预后差。因此，早期诊断对骨肉瘤的治疗及预后均有非常重要的意义。目前，CT、MRI影像设备只能输出二维切片序列，这不利于医生直观地从多个角度对骨肉瘤组织特征进行观察分析。为提高临床辅助诊断和治疗的准确性与科学性，本文研究了骨肉瘤医学影像分析系统中的关键技术，针对存在的问题提出一些改进措施。主要工作包括：1.骨肉瘤图像预处理。针对骨肉瘤图像易受噪声影响，提出了基于各向异性扩散的滤波方法。实验表明，该方法能很好地去除噪声，较好地保留图像的边缘特征。2.骨肉瘤图像分割。针对骨肉瘤图像的复杂特征，提出了两种改进的分割方法：a)基于快速行进法和窄带法相结合的混合分割方法；b)融合置信连接的相对模糊连接度交互式混合分割方法。实验表明，本文提出的两种方法，分割精度有明显提高，且相似度较高，错分率较低。3.骨肉瘤图像的三维可视化。研究了基于移动立方体的骨肉瘤图像面绘制方法。为更真实地观察组织，重点研究了基于GPU的光线投射体绘制算法，利用GPU的可编程性进行硬件加速以提高绘制速度与精度，同时提出基于划线交互的传递函数设计方法以获取真实感的三维模型。4.三维交互测量。针对骨肉瘤临床指标，运用三维空间直线测量技术，实现肿瘤边缘与关节面的三维距离测量，并提出利用多边形逼近法进行面积叠加求取肿瘤体积的方法。实验表明，本文方法能较好地对各指标进行测量分析。5.骨肉瘤医学影像分析系统的开发。在VC++2008环境下，利用MFC、ITK与VTK设计开发了本系统，主要有图像预处理、图像分割、三维可视化、三维交互测量及二维距离、面积测量等功能。本课题研发的系统界面友好、功能较完善，可方便医生多方位、多角度观察骨肉瘤组织特征，实现对骨肉瘤临床指标的定量分析，为辅助临床术前判断骨肉瘤生物行为、调整化疗方案及制定手术计划提供依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-14
  1.3 本文的研究内容  14
  1.4 本文的章节安排  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 骨肉瘤图像预处理  16-21
  2.1 医学图像滤波技术  16
  2.2 各向异性扩散滤波  16-18
  2.3 基于各向异性扩散的骨肉瘤图像滤波  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 骨肉瘤图像分割技术  21-39
  3.1 医学图像分割技术  21
  3.2 基于水平集的骨肉瘤图像分割方法  21-28
    3.2.1 水平集方法  21-22
    3.2.2 快速行进算法  22-24
    3.2.3 窄带水平集算法  24-25
    3.2.4 基于快速行进法和窄带法的骨肉瘤图像分割  25-28
  3.3 基于模糊连接度的骨肉瘤图像分割方法  28-32
    3.3.1 模糊连接度理论  28-30
    3.3.2 基于模糊连接度的分割方法研究  30
    3.3.3 基于相对模糊连接度的分割方法研究  30-32
  3.4 混合相对模糊连接度的骨肉瘤图像分割方法  32-38
    3.4.1 模糊相似度函数的研究  32-33
    3.4.2 改进的交互式混合分割方法  33-35
    3.4.3 结果与讨论  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章 骨肉瘤图像三维可视化技术  39-53
  4.1 医学图像三维可视化  39
  4.2 骨肉瘤图像的面绘制技术及实现  39-43
    4.2.1 移动立方体算法  39-41
    4.2.2 基于移动立方体的骨肉瘤图像面绘制的实现  41-43
  4.3 骨肉瘤图像的体绘制技术及实现  43-52
    4.3.1 体绘制的光学模型  43-45
    4.3.2 光线投射算法  45-47
    4.3.3 传递函数的设计  47-48
    4.3.4 基于 GPU 的光线投射体绘制算法  48-49
    4.3.5 基于 GPU 的光线投射骨肉瘤图像体绘制的实现  49-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 骨肉瘤的三维交互测量技术  53-60
  5.1 三维交互技术  53-55
    5.1.1 三维观察  53-54
    5.1.2 三维拾取  54-55
  5.2 肿瘤边缘与关节面的距离测量  55-56
  5.3 骨肉瘤肿瘤体积的测量  56-59
    5.3.1 基于面积叠加法的肿瘤体积测量  56-58
    5.3.2 结果与讨论  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 骨肉瘤医学影像分析系统的设计与实现  60-68
  6.1 系统功能  60
  6.2 系统整体框架及功能模块  60-62
    6.2.1 系统整体框架  60-61
    6.2.2 系统功能模块  61-62
  6.3 功能模块的实现  62-67
    6.3.1 VTK 和 ITK 工具包  62-64
    6.3.2 系统功能模块的实现  64-67
  6.4 本章小结  67-68
第七章 总结与展望  68-70
  7.1 总结  68
  7.2 展望  68-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
攻读硕士期间所发表的论文  76

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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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