论文题目: 基于医学断层图像的三维可视化实现技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 精密仪器及机械
作者: 陶玲
导师: 王惠南
关键词: 可视化,图像增强,边缘检测,图像分割,体绘制,体分割,图像放大
文献来源: 南京航空航天大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本课题是在学校“十五”重点学科建设项目:“计算机集成诊断与治疗系统”的资助下完成的,目的是在普通计算机上实现医学图像的三维可视化、兴趣区的精确显示及快速绘制。三维可视图像的精确性、可靠性和实时性是确保医生有效诊断、治疗或制定手术计划的有力保障,是实施计算机辅助诊疗的重要基础。本文主要工作及创新性成果如下: 1.给出了一种注射造影剂扫描成像的新的定时方法,通过使用 MR 透视法及大幅度提高分辨率的椭圆中心视图命令,减少成像过程中的系统噪声,提高断层图像的质量。该方法具有技术上的先进性,目前国内还尚未见到相关研究。扫描得到的断层图像的数据为 DICOM 格式,论文实现了在普通计算机上读取该数据,并将该数据转变为便于计算机处理的数字图像格式。 2.提出了基于小波变换的图像增强和小波多尺度边缘检测新方法,较好地解决了现有算法存在的强去噪能力和微弱信息保留之间的矛盾,将多尺度边缘融合算法应用于小波逆变换过程中,在边缘点检测的同时完成边缘点的连接,得到高定位精度的光滑的单一像素的边缘轮廓。在此基础上,采用种子填充算法,结合膨胀和小区域面积消去算法,可有效地提取出单层切片上感兴趣的区域或组织。3.针对光线投影算法存在的运算量大,绘制速度慢的问题,综合分析了各种体绘制加速技术,提出了光线投影体绘制中的重采样加速算法:利用重采样点在两坐标系中的矩阵变换特性,减少矩阵运算量;结合三维数据场在像平面的投影减少光线投影数目;利用包围盒技术避免对空体元的采样,加速光线投影的效率。该算法克服了现有加速算法速度提高不明显的缺陷。在保证绘制质量的同时,极大地提高了绘制效率。 4.在使用主动轮廓模型实现图像体分割的过程中,设计了一种新的外部能量函数的构造方法:在主动轮廓模型的边缘点中引入灰度模型,同时引入边缘点的梯度信息进一步修正模型的外部能量函数,通过能量函数的权值参数的自动调节,使轮廓曲线准确收敛于物体的真正边缘。理论分析和实验结果均表明该算法不仅可以充分反映物体边缘的特征,而且可以消除噪声和伪边界点的影响,比较现有体分割算法,提取出的体信息更能精确地反映目标体。 5.提出一种基于小波变换的插值放大新算法,该算法将图像本身作为放大图像的低频成分,通过构造合适的高频成分进行小波逆变换,可以有效地消除图像放大造成的模糊,提高放大后图像的清晰度和分辨率。 最后,本文对整个论文的工作和研究成果进行了总结,并提出了进一步的研究设想和目标。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究目标
1.2 国内外研究概况
1.3 课题研究的必要性及可行性
1.4 三维可视化的主要方法
1.4.1 表面绘制方法
1.4.2 体绘制方法
1.4.3 两种方法的比较
1.5 三维可视化技术在医疗中的应用
1.6 论文的主要工作、创新点及意义
1.7 本章小结
第二章 体数据的获取及处理
2.1 体数据的获取
2.2 造影剂扫描中的定时技术
2.2.1 试验性团注技术及其局限性
2.2.2 透视触发技术
2.2.2.1 MR透视成像的实时实现技术
2.2.2.2 椭圆中心相位编码
2.2.3 透视触发技术的可行性和有待解决的问题
2.3 DICOM标准及其数据的读取
2.3.1 DICOM标准的内容
2.3.2 DICOM文件格式和DICOM数据结构
2.3.3 DICOM数据读取和存储
2.4 医学体数据的表示及存储
2.5 本章小结
第三章 体数据的预处理与组织分割
3.1 概述
3.2 二维小波变换及其去噪原理
3.2.1 二维离散小波变换与图像分解
3.2.2 噪声和图像信号在小波变换下的特性
3.2.3 小波模极大值去噪
3.3 基于小波的对比度增强算法
3.3.1 传统的对比度增强算法
3.3.2 基于小波变换的图像增强算法
3.3.3 实验及结果分析
3.4 基于小波变换的多尺度边缘检测
3.4.1 多尺度边缘检测法
3.4.2 小波变换在图像边缘检测中的应用
3.4.3 小波变换边缘检测方法
3.4.4 样条小波及其小波滤波器计算
3.4.4.1 B样条函数的定义
3.4.4.2 样条小波及其快速算法
3.4.5 小波边缘检测算法过程及实验结果
3.5 小波边缘检测的改进算法
3.5.1 模糊算法提取弱边缘信息
3.5.2 多尺度边缘融合
3.5.2.1 多尺度边缘融合技术的提出
3.5.2.2 边缘的传递与继承
3.5.2.3 边缘生长
3.5.2.4 多尺度边缘融合过程
3.5.3 改进算法实验过程及结果分析
3.6 基于边缘检测的图像分割
3.6.1 分割过程
3.6.2 实验结果及分析
3.6.3 图像分割结果的评估
3.7 本章小结
第四章 三维可视化技术分析
4.1 三维医学图像的可视化
4.2 三维可视化中的体绘制技术
4.2.1 三维数据场的分类问题
4.2.2 体绘制中的光照模型
4.2.3 光照明计算
4.2.4 图像合成
4.2.5 体绘制中的坐标空间及视见变换
4.3 体绘制算法分类
4.3.1 空间域方法的典型算法
4.3.2 算法的性能评价
4.4 三维可视化中的插值技术
4.4.1 概述
4.4.2 三次线性插值
4.5 三维图形变换技术
4.6 三维分割技术
4.7 本章小结
第五章 三维可视化技术实现
5.1 体绘制中的光线投影算法
5.1.1 概述
5.1.2 光线投影算法及其存在的问题
5.1.3 问题的解决
5.1.4 光线投影算法的主要加速技术
5.2 改进的光线投影体绘制的重采样算法
5.2.1 改进算法的提出
5.2.2 矩阵变换运算及其加速技术
5.2.3 实体素技术及投影光线的体元化
5.2.3 改进算法与现有加速算法的比较
5.3 实验过程及结果分析
5.3.1 本文算法的实验过程及结果
5.3.2 本文算法重建结果质量分析
5.3.3 本文算法速度分析
5.4 本章小结
第六章 三维医学图像的体分割
6.1 概述
6.2 主动轮廓模型
6.2.1 基于主动轮廓模型的图像分割
6.2.2 传统的Snake模型数学描述
6.2.3 改进的Snake模型
6.2.3.1 内部能量函数的构造
6.2.3.2 外部能量函数的构造
6.2.3.3 参数的自适应调节
6.2.4 对上述模型的进一步改进
6.2.4.1 内部能量函数
6.2.4.2 外部能量函数
6.3 主动轮廓模型算法的实现
6.3.1 算法过程
6.3.2 实验结果
6.4 本章总结
第七章 医学图像的放大处理
7.1 概述
7.2 基于传统插值方法的图像放大
7.2.1 坐标映射和重采样
7.2.2 最近邻域插值
7.2.3 双线性插值
7.2.4 三次卷积法
7.2.5 基于传统插值的图像放大方法的局限性
7.3 基于小波变换的图像放大方法
7.4 实验结果与分析
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
7.1 主要成果及创新
7.2 进一步研究
参考文献
致 谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
发布时间: 2005-07-08
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