肝脏与肝内血管的分割及可视化研究

发布时间：2017-09-23 06:00

  本文关键词：肝脏与肝内血管的分割及可视化研究

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【摘要】：随着计算机辅助诊断技术的不断发展,医学图像后处理工作站已成为肝病常规检查、术前分析和术中辅助不可或缺的技术手段。但是由于肝脏器官的复杂性和多变性,这种后处理工作站所具备的基本可视化和分析功能难以适应肝脏诊断和手术的需求,因此基于图像分割、三维可视化等技术的肝脏虚拟手术计划系统应运而生。目前该系统面对复杂的临床应用时,仍存在分割准确性、稳定性、执行效率及交互简捷程度等方面的问题,因此需要进一步地研究并提高系统性能。肝脏虚拟手术计划系统主要包括了肝脏分割、肝内肿瘤分割、血管分割、血管分析与分类、肝段估计、目标可视化、虚拟手术交互及参数计算等环节。其中,肝脏分割、肝内血管分割及分割目标的三维可视化作为系统流程的重要组成部分,是其他环节的基础。本文针对肝脏虚拟手术计划系统中的肝脏分割与肝内血管分割环节,对现有算法进行研究和综合改进。首先,通过肝脏CT图像特征及肝脏分割过程中难点的分析,以两种经典的肝脏分割算法研究为基础,提出了一种肝脏分割的改进方法。该方法采用三维区域生长的基本思想,以Gaussian非线性耦合函数和Canny边缘作为双重约束条件,结合孔洞填充、最大连通域判断、交互修正轮廓线等后处理环节,可以实现肝脏分割鲁棒性的提升以及算法稳定性与执行效率之间的平衡。以此为基础,对肝脏区域内的血管进行进一步分割。以肝内静脉血管为主要研究对象,采用分割预处理、基于Hessian矩阵特征值的多尺度血管增强、最优阈值血管分割与手动交互、分割后处理等环节,实现了门静脉和肝静脉两类静脉血管的提取。在此基础上延伸研究了肝内静脉血管骨架的提取和图论表达,将分割后的血管图像转化为点-线图形,进而获取血管分支拓扑结构,为门静脉、肝静脉两类血管的分离和肝段划分提供模型基础。最后,采用基于OpenGL纹理映射与GLSL片段着色器的体绘制方法,运用多重纹理技术,对肝脏分割与肝内血管分割的结果区分表达,并开发了空间内任意平面切割、曲面切割工具,实现分割目标的三维可视化和交互。上述各环节在VC++平台下实现,使用临床数据测试算法的实际执行效果。通过实验可知,本文提出的肝脏分割方法与经典算法相比,分割质量较好、执行时间适中、交互简捷易用；肝内血管分割方法可获取门静脉、肝静脉主要部分,进而提取血管骨架,并根据分支结构初步获取门静脉主要分支；三维可视化配合灰度-不透明度传递函数的调节,能够直观展现肝脏与肝内血管的空间信息和内部信息,切割交互工具为虚拟手术提供支持。
【关键词】：肝脏分割 肝内血管分割 三维可视化 交互工具
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R575;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究目的和意义10-13
• 1.1.1 肝脏虚拟手术计划系统应用需求10-11
• 1.1.2 肝脏医学背景11-12
• 1.1.3 肝脏虚拟手术计划系统主要组成部分12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 肝脏虚拟手术计划系统发展现状13-15
• 1.2.2 肝脏分割发展现状15-17
• 1.2.3 肝内血管分割发展现状17-18
• 1.3 论文研究内容及难点18-19
• 1.4 论文组织结构19-20
• 第二章 一种改进的肝脏分割算法研究20-37
• 2.1 肝脏CT图像特征及肝脏分割难点20-21
• 2.2 经典的肝脏分割算法21-25
• 2.2.1 区域生长肝脏分割21-23
• 2.2.2 GVF-Snake肝脏分割23-25
• 2.3 基于Gaussian非线性耦合函数和Canny边缘的分割算法研究25-30
• 2.3.1 图像预处理26-27
• 2.3.2 Gaussian非线性耦合函数约束条件27-28
• 2.3.3 Canny边缘约束条件28-29
• 2.3.4 分割后处理29-30
• 2.4 实验结果与讨论30-36
• 2.4.1 本文算法实验结果31-34
• 2.4.2 本文算法与经典算法实验对比分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 基于Hessian矩阵增强的肝内血管分割算法研究37-53
• 3.1 肝内血管分割预处理37-38
• 3.2 基于Hessian矩阵的多尺度血管增强38-41
• 3.2.1 Hessian矩阵基本概念38-39
• 3.2.2 基于Hessian矩阵特征值的血管相似度函数构建39-40
• 3.2.3 多尺度选择性增强40-41
• 3.3 血管分割41-42
• 3.3.1 最优阈值分割41-42
• 3.3.2 手动交互调节阈值42
• 3.4 血管骨架提取及图论表达42-45
• 3.4.1 骨架提取预处理42-43
• 3.4.2 血管骨架提取43-44
• 3.4.3 血管骨架图论表达44-45
• 3.5 实验结果及分析45-52
• 3.5.1 血管增强测试结果45-47
• 3.5.2 血管分割测试结果47-50
• 3.5.3 血管骨架提取及图论表达测试结果50-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 肝脏与肝内血管的三维可视化及交互工具开发53-64
• 4.1 肝脏与肝内血管的三维可视化53-58
• 4.1.1 基于OpenGL纹理映射与GLSL片段着色器的体绘制基本原理53-55
• 4.1.2 肝脏与肝内血管多纹理体绘制55-58
• 4.2 交互工具开发58-63
• 4.2.1 任意平面切割58-62
• 4.2.2 曲面切割62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 作者简介70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 彭丰平;鲍苏苏;曾碧卿;;基于自适应区域生长算法的肝脏分割[J];计算机工程与应用;2010年33期

2 芮静安;;原发性肝癌的治疗研究新进展[J];临床肝胆病杂志;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 汤敏;医学图像处理中关键技术研究及基础应用平台研发[D];南京航空航天大学;2007年

2 周五一;数字化虚拟肝脏及其手术的研究[D];第一军医大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 郑雅雯;肝脏的不规则模拟切除—设计与实现[D];华中科技大学;2013年

2 韦琴林;CT图像中肝脏分割方法的研究[D];重庆大学;2012年

3 刘超;基于CT图像的计算机辅助肝移植术前计划系统的研究[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：903575