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心血管系统虚拟内窥镜技术研究

作　者: 杜阿安
导　师: 杨新
学　校: 上海交通大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 虚拟内窥镜心血管系统 CUDA 体绘制三维欧氏距离四腔切面
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 52次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来心血管病已经成为全球死亡人数最多的疾病，如何改进针对该类疾病的诊断方法，提高治愈率，具有重要的现实意义。论文针对心血管系统的特点，将虚拟内窥镜技术应用到了心血管系统中，并对各个关键技术进行改进和创新，设计并初步实现了一个高效快速的虚拟内窥镜系统，用以观察心脏和血管内部，辅助医生诊断。系统采用双源CT采集高质量图像，克服了传统CT受到运动伪影的影响，无法采集心脏之类运动器官清晰的图像，这是虚拟内窥镜技术可以应用到心血管系统的基础。心血管虚拟内窥镜的关键技术包括图像的组织分割、路径规划及关键切面显示、三维重建和实时显示。在图像的组织分割方面，根据双源CT图像加入造影剂的特性，对其CT值进行分析，采用区域生长进行图像分割，并用形态学方法进行后续处理。与传统虚拟内窥镜相比，本文的主要创新点在于路径规划、实时显示和场景绘制中利用了分割结果或者由分割结果衍生出来的几何信息。在路径规划方面，采用以三维欧氏距离为权重的Dijkstra算法快速生成漫游路径，并利用漫游路径的几何信息推算心脏的几何结构信息，据此找到心脏的关键切面即：四腔切面位置。在三维重建方面，实现了基于GPU的三维纹理映射和基于CUDA的直接体绘制两种方法，用于心脏三维结构的重建。基于GPU的三维纹理映射对硬件要求低，但在图像清晰度等方面都不如基于CUDA的直接体绘制。本文利用CUDA强大的计算能力，实现基于光线投射的直接体绘制，并且利用了组织分割结果计算获得的三维欧式距离，避免无效体素的计算，减少了计算时间，加快了绘制速度。在实时显示方面，提供内窥镜视角从心腔内部进行观察的同时，设计了交互式的任意数量平面裁剪后的三维立体视图。相比于传统虚拟内窥镜，采用本文的方式，用户可以获得更加清晰的内窥镜局部视图与整个心脏的对应关系。

心血管系统虚拟内窥镜技术研究

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