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医学图像处理技术在ITK和VTK中的实现和应用

作　者: 常勇
导　师: 何中市
学　校: 重庆大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 医学图像交互式处理标注测量计算机辅助检测和诊断
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着医学成像技术的迅速发展和计算机运算速度的快速提高,医学图像的数字化管理越来越普遍,利用计算机处理医学图像来减轻医生的工作量和提高诊断的质量,现在已成为国际上一个重要的研究方向。交互式医学图像处理系统和计算机辅助检测系统改变了以往医生观察胶片凭经验诊断的方式,使医生可以获得更好地视觉效果和定量的功能信息,成为临床诊断和治疗各种疾病的重要辅助和参考。论文研究课题是重庆市科技攻关项目“增强病变智能检测和辅助诊断软件系统的研制”的一部分。论文论述了作者在使用ITK和VTK实现交互式医学图像处理系统和计算机辅助检测诊断系统的关键技术时进行的研究工作,主要包括了交互式医学图像显示、标注测量、放大镜、局部调窗、直方图均衡化以及肺部孤立肺结节ROI区域提取功能的设计与详细实现。论文主要研究工作如下:①提出图像窗口相对绝对坐标系。图像进行空间变换后,如何确定图像以及图像上的标注在窗口中的显示位置,文中提出以图像为相对坐标系,窗口为绝对坐标系来解决这个问题。②设计并实现交互式图像显示功能。针对医学图像的特点,设计了只用鼠标就可以完成医学图像调窗、缩放和拖动操作的流程。在深入研究VTK中消息响应机制基础上,结合VTK对交互式图像显示功能进行实现。③设计并实现交互式图像标注测量功能。研究医学图像上各种标注显示属性和实际属性(长度、面积)之间的换算关系,设计并实现了标注种类多、操作简便、交互性能好的标注测量功能。④解决ITK、VTK中文支持问题。针对ITK和VTK不能读取中文路径文件以及VTK不能显示中文问题,论文中提出解决方案并编程实现。⑤设计并实现医学图像放大镜、局部调窗和医学图像直方图均衡化功能。放大镜和局部调窗是医学图像特有的操作,文中给出了交互式操作的详细设计与实现代码。由于不同类型的医学图像具有不同的像素级别,文中设计并实现支持多种医学图像类型的直方图及其均衡化功能。⑥提出联合使用ITK和VTK实现提取孤立肺结节ROI区域的方法。充分发挥ITK在图像分割和VTK在图像可视化方面的优点,把ITK和VTK联合用在提取孤立肺结节ROI区域上,为联合使用ITK和VTK开发医学辅助检测和诊断系统提供了框架。文中的功能实现以实用性为主旨,充分考虑了程序的速度和效率问题,并且每个功能都在实际中得到了运用。以交互式医学图像显示功能和标注测量功能为基础开发了医学图像标注系统,实现了医学专家知识和标注数据的获取,为辅助检测和诊断提供了训练数据、测试数据和医学专家知识库。在交互式医学图像显示、标注测量、放大镜、局部调窗、医学图像直方图以及各种图像空间变换和滤波处理基础上,开发了医学图像浏览器,方便了医学图像浏览,并为实验室以后的医学图像处理研究和开发提供一个平台,可以在此基础上进行实验和进一步开发。提取孤立肺结节ROI区域作为一个重要部分,和实验室同学共同实现了肺部CT图像计算机辅助检测和诊断系统,为使用ITK和VTK进行计算机辅助检测和诊断系统开发提供了参考作用。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 医学图像的特点  10-11
  1.3 ITK 和VTK 简介  11
  1.4 论文的主要内容及创新点  11-13
2 DICOM 医学图像解析及其显示的研究与实现  13-29
  2.1 医学图像DICOM 标准简介  13-14
  2.2 DICOM 标准的主要内容  14-16
  2.3 DICOM 图像的解析及显示  16-27
    2.3.1 DICOM 图像介绍  16-17
    2.3.2 DICOM 图像文件结构  17-18
    2.3.3 DICOM 文件解析  18-20
    2.3.4 ITK 对DICOM 文件的解析  20-22
    2.3.5 DICOM 文件显示  22-25
    2.3.6 VTK 对DICOM 文件的显示  25-27
  2.4 小结  27-29
3 交互式 DICOM 医学图像处理  29-67
  3.1 交互式DICOM 图像显示功能研究与实现  29-40
    3.1.1 医学图像的空间变换  30-32
    3.1.2 Observer 模式  32-33
    3.1.3 Command 模式  33-34
    3.1.4 交互式图像显示设计与实现  34-40
  3.2 医学图像标注测量研究与实现  40-52
    3.2.1 常用的医学图像标注测量方法  41-42
    3.2.2 医学图像交互式标注测量设计与实现  42-52
  3.3 ITK、VTK 对中文支持的实现  52-56
    3.3.1 ITK 和VTK 读取中文路径文件出错原因及解决方案  52
    3.3.2 VTK 显示中文解决方案  52-56
  3.4 其他医学图像处理功能的设计与实现  56-64
    3.4.1 医学图像放大镜  56-58
    3.4.2 医学图像局部调窗  58-61
    3.4.3 医学图像直方图及其均衡化  61-64
  3.5 肺部CT 图像医学标注系统  64-65
  3.6 小结  65-67
4 医学图像分割及孤立肺结节 ROI 区域提取的实现  67-73
  4.1 图像分割基本原理  67-68
  4.2 图像分割的方法  68-69
  4.3 肺部图像的分割与孤立肺结节ROI 区域的提取  69-71
  4.4 小结  71-73
5 总结与展望  73-75
  5.1 总结  73
  5.2 展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
附录  81
  作者在攻读硕士学位期间发表及录用的论文目录  81
  作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目  81

医学图像处理技术在ITK和VTK中的实现和应用

内容摘要

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