MRA血管体视化中传递函数设计

发布时间：2017-09-06 19:12

  本文关键词：MRA血管体视化中传递函数设计

  更多相关文章： 体绘制 光线投射 传递函数 多尺度增强滤波器 GPU 劳斯-赫尔维茨定理

【摘要】：随着人们生活水平不断的提高,心脑血管疾病逐步成为当今世界上威胁人类最严重的疾病之一,比如动脉粥样硬化、脑溢血等等,其发病率和死亡率已超过肿瘤而跃居世界第一,心脑血管疾病也是我国首位死亡原因,因此预防和治疗血管疾病已成为当今社会的一个亟待解决的课题。随着社会的迅速发展,三维医学可视化在临床医学中得到了广泛的应用,其中血管可视化对医学辅助诊断血管疾病有着至关重要的作用。在上述背景下,本文主要应用医学可视化方法中的体绘制技术,以达到MRA数据中的血管结构可视化的目的。本文主要有以下几个创新点:1)根据对体绘制中传递函数设计的要求分析,提出了一个新的二维传递函数。本文依照以往传递函数设计的不足,结合对图像增强的一些算法研究,提出了针对于三维血管显示的新的二维传递函数。传递函数设计一直是体绘制算法研究中的难点。高维传递函数虽然能将目标数据提取出来,但是设计的参数较多,为了达到最佳效果进行调节时难度较大。因此本文提出了基于灰度-多尺度滤波器的二维传递函数。首先,使用Frangi增强函数对血管结构进行增强,使每一个体素点得到相应的标量值,并根据高斯函数中的尺度因子构造多尺度滤波器。其次,基于灰度在MRA数据分类中的重要作用,我们构造了灰度-多尺度滤波器二维特征空间。通过特征区域选择,赋予体素相应的颜色和阻光度,最终显示出血管结构。2)针对本文设计的二维传递函数显示结果进行了改善。在血管可视化结果中常存在两方面问题,一是可视化结果中碎片太多,二是结果有一些类血管结构对目标结构形成了遮挡。针对第一个问题,本文提出了连通性计算。根据对不同邻域连通性计算的实验分析,我们选择26邻域连通性计算方法,很好的去除了碎片结构。针对第二个问题,我们根据对连通性计算得到的连通集进行分类并排序,并将不同的连通集赋予不同的颜色和阻光度。这样我们就可以通过交互的形式,将非血管结构去除。3)针对本文提出的算法计算耗时过长提出了相应的加速计算方法。首先,本文实现了基于GPU的光线投射体绘制加速算法。在临床应用中,医生经常需要对显示结果进行交互操作(比如旋转,缩放物体)以达到最佳观察效果,然而每次操作都需要大量的运算,但是过长的运算时间往往会影响到实验或使用的进行,本文通过GPU加速,最终达到了实时绘制的效果;其次,在构建多尺度滤波器时,我们需要对三维数据的每个点根据尺度不同多次求Hessian矩阵特征值和特征向量,尤其是当数据较大时,运算过于复杂,将为实际临床应用带来极大的不便,因此本文提出了两种加速算法,一是快速计算,另一个是基于劳斯-赫尔维茨定理的算法改进,大大的缩小了计算时间。
【关键词】：体绘制 光线投射 传递函数 多尺度增强滤波器 GPU 劳斯-赫尔维茨定理
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R54;R743;TP391.41
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 课题研究背景及意义16-17
• 1.2 课题的国内外研究现状17-21
• 1.3 本文主要研究工作和创新之处21-22
• 1.4 本文的主要内容与章节安排22-23
• 第二章 基于MRA的二维传递函数设计23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 体绘制中传递函数设计23-28
• 2.2.1 传递函数的数学定义25
• 2.2.2 传递函数的数据特性和值域特性25-28
• 2.2.3 传递函数研究方向28
• 2.3 多尺度血管增强滤波器28-33
• 2.3.1 Hessian矩阵基本原理29-31
• 2.3.2 三维图像增强函数设计31-32
• 2.3.3 多尺度融合32-33
• 2.4 基于血管可视化的体绘制传递函数设计33-35
• 2.4.1 灰度特性在血管可视化中的作用33-34
• 2.4.2 构造二维传递函数特征空间34-35
• 2.5 实验结果分析35-40
• 2.5.1 本章方法和基于灰度梯度传递函数方法对比37-38
• 2.5.2 本章方法和最大密度投影算法对比38-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于传递函数特征空间的算法改进41-56
• 3.1 引言41-42
• 3.2 基于空域信息的特征提取42-46
• 3.2.1 连通性计算42-44
• 3.2.2 连通性计算算法流程44-46
• 3.3 基于连通性算法的算法改进46
• 3.4 实验结果分析与讨论46-55
• 3.4.1 不同邻域连通性计算方法对比47-49
• 3.4.2 本文方法的实验步骤及分析49-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 血管可视化加速算法设计56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 基于GPU的体绘制加速设计56-60
• 4.2.1 GPU图形绘制管线56-58
• 4.2.2 基于GPU的光线投射体绘制技术58-60
• 4.3 基于Hessian矩阵的多尺度滤波器加速算法60-67
• 4.3.1 雅克比迭代法求取特征值61-62
• 4.3.2 快速求取矩阵特征值算法62-64
• 4.3.3 基于劳斯-赫尔维茨定理的算法改进64-67
• 4.4 实验结果分析67-70
• 4.4.1 快速计算和Jacobi迭代法分析比较67-69
• 4.4.2 基于劳斯-赫尔维茨判定定理改进算法的效果分析69
• 4.4.3 两种加速算法和Jaocbi方法对比69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 本文研究内容72-73
• 5.2 未来研究展望73-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文专利81

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 郭小朝;头部关联传递函数线性滤波器模型建构方法[J];人类工效学;2000年03期

2 董现玲;丁有得;江贵平;;基于曲率的保留上下文传递函数设计[J];中国医学物理学杂志;2013年04期

3 顾，

本文编号：804932