医学图像三维可视化和几何测量的研究

论文摘要

科学计算可视化指的是运用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。医学图像可视化是科学计算可视化中最成功的应用领域之一,也是医学图像处理的重要研究内容。医学图像可视化的迅速发展给医学带来了新的革命,计算机断层成像、核磁共振成像、超声及其它模式的医学影像已被广泛地应用于临床诊断和治疗。在计算机辅助下,从医学图像中分割出医生感兴趣区域,并结合可视化技术进行三维显示,使医生对人体病变部位的观察更直接、更清晰,有助于进一步提高疾病的确诊率和治愈率。目前已有很多可视化方法,如体绘制、面绘制、局部显示等,如何准确、快捷地显示图像中有价值的信息已成为目前医学图像可视化领域的研究热点。本文主要以课题“医学乳腺三维乳腺管和肿块的分割与可视化的研究与实现”为主要研究目标,在参阅了大量文献资料的基础上,介绍了计算机图形学、小波分析以及数学形态学的理论基础,并结合本课题讨论了这些基础理论在图像处理中的应用和使用MATLAB进行实现的方法,对乳腺医学图像进行预处理并对研究对象进行了初步分割。随后,基于这一处理流程,设计了适合处理这一类医学图像的MATLAB图形用户界面。在这一基础上,研究了使用Amira进行体数据三维可视化与构建有限元网格的方法,利用Amira对初步分割结果进行手动修正分割,实现了乳腺管和肿块的三维可视化,对目标对象分割结果实现了三角面片化与四面体网格的构建,并基于此对目标对象进行了几何测量。这一结果,对乳腺组织的分析和肿瘤的诊断提供了直观的图像显示和定量的数字化表示,具有一定的实用价值,并对具有类似特征的医学图像的处理具有很好的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 医学图像可视化研究背景及意义
• 1.2 医学图像三维可视化概述
• 1.3 本文研究的课题背景及主要工作
• 第2章 基础知识介绍
• 2.1 计算机图形学概述
• 2.1.1 三维数据在计算机图形学中的表示
• 2.1.2 使用多边形网格实体建模简介
• 2.2 小波分析基本理论
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换
• 2.3 数学形态学的基本知识
• 2.3.1 基本运算
• 2.3.2 组合膨胀和腐蚀
• 2.3.3 腐蚀和膨胀的演化
• 2.3.4 形态学边缘检测
• 第3章 基于小波分析的图像预处理
• 3.1 二维小波分析用于图像压缩的实现
• 3.1.1 二维小波分析在图像压缩中的应用
• 3.1.2 实现结果
• 3.2 二维小波分析用于图像消噪的实现
• 3.2.1 二维小波分析在图像消噪中的应用
• 3.2.2 实现结果
• 第4章 基于数学形态学的图像分割
• 4.1 图像分割的步骤和结果
• 4.1.1 分割最佳阈值的迭代算法
• 4.1.1.1 算法描述
• 4.1.1.2 实现结果与分析
• 4.1.2 分割结果的进一步优化与结果分析
• 4.2 MATLAB图形用户界面的设计
• 4.2.1 GUIDE简介
• 4.2.2 图形用户界面的设计
• 第5章 乳腺管与肿块分割数据的三维可视化
• 5.1 体数据场描述
• 5.2 医学体数据三维可视化方法分类与概述
• 5.2.1 面绘制
• 5.2.2 体绘制
• 5.3 基于AMIRA的三维可视化方法
• 5.3.1 Amira简介
• 5.3.2 直接体绘制
• 5.3.3 面绘制
• 5.3.4 图像分割
• 5.3.5 表面重建
• 5.3.6 面重构优化
• 5.3.7 四面体网格的构建
• 5.4 三维乳腺管和肿块的可视化
• 5.4.1 分割结果预览
• 5.4.2 腺体表面的三角面片化
• 5.4.3 三角面片的进一步优化与四面体网格的生成
• 5.4.4 结果分析
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况