脑部MRI图像分割及其三维可视化

发布时间：2021-03-11 11:32

颅脑手术具有高风险、高难度的特点，开颅入口和路径的确定是开颅手术的第一步，直接关系到手术的成败。目前医生普遍借助于手术导航设备辅助勾画开颅轮廓，规划手术路径，据此指导手术的实施。手术导航系统要求实现颅脑结构中的头皮、颅骨、脑实质和肿瘤的三维可视化，让医生能够直观形象地观察出手术路径和脑部关键结构和功能区之间的关系。基于MRI图像具有较高的空间分辨率和对软组织成像效果好等优点，在脑部诊断中得到广泛应用，本文搭建了脑部图像的三维可视化平台，设计了头皮、颅骨、脑实质和肿瘤的分割算法，并且增添了轮廓线人工修正工具，其主要工作如下：研究了基于阈值和数学形态学相结合的头皮、颅骨和脑实质的分割方法及基于区域生长的脑肿瘤的分割方法。成功克服了MRI图像分割的难点，如颅骨成像不明显；头皮组织覆盖面广、厚度薄；脑实质表面深浅、走向不一的脑沟；肿瘤组织形态、种类和位置的多样性等。其中头皮的分割精度可以达到亚像素级别，而脑实质的分割误差大部分处在0.2mm以下。搭建了三维可视化平台，应用合成体绘制方法和体素级面绘制技术重建出整个体数据及脑部各个结构。体数据的可视化给医生更完整、真实的诊断环境，而脑部各结构借助不同的颜色和透明度属性，在一个窗口下的同时显示，为医生判定规划的手术路径和脑部重要结构和功能区之间的关系提供了定量化思考和比较的依据。开发了脑部结构分割和三维可视化软件。利用QT在界面设计方面的优势，设计并美化了软件的用户界面，借助于ITK和VTK工具箱，实现脑部结构分割和可视化算法，和界面中的控件相联系，方便医生操作，利于临床上的使用。设计了组织轮廓线人工修正工具。通过人工干预，借助于“增区域”和“减区域”两种方式改变算法中存在的过分割和少分割现象，提升算法的准确性和临床的适用性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R445.2;TP391.41

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 脑结构分割算法和三维可视化的研究现状

1.2.1 脑结构分割算法的研究现状

1.2.2 三维可视化的研究现状

1.3 脑部结构分割的难点

1.4 脑部结构分割和三维可视化软件平台概述

1.4.1 软件设计所需环境的配置

1.5 本文研究内容

1.6 论文组织结构

第二章脑部 MRI 图像结构的分割

2.1 引言

2.2 各向异性扩散滤波

2.3 数学形态学

2.3.1 腐蚀和膨胀

2.3.2 开运算和闭运算

2.4 阈值处理

2.4.1 基于直方图形态的方法

2.4.2 迭代方法

2.4.3 最大类间方差法

2.5 脑部结构的分割

2.5.1 脑实质的提取

2.5.2 头皮的分割

2.5.3 颅骨的分割

2.5.4 脑部肿瘤的分割

2.6 分割轮廓修正工具

2.7 本章小结

第三章三维可视化

3.1 引言

3.2 面绘制

3.2.1 切片级重建方法

3.2.2 体素级重建方法

3.2.3 利用 VTK 实现面绘制重建

3.3 体绘制

3.3.1 利用 VTK 实现面绘制重建

3.4 本章小结

第四章脑图像分割和三维可视化软件实现

4.1 引言

4.2 模块功能概述

4.2.1 分割结构选取和轮廓修正模块

4.2.2 分割结构属性控制模块

4.3 软件运行流程

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

附件

【参考文献】