醫(yī)學圖像處理中關(guān)鍵技術(shù)研究及基礎(chǔ)應用平臺研發(fā).pdf

1、醫(yī)學圖像處理及應用，是計算機組合診療系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，也是一個多學科交叉融合的研究領(lǐng)域，涉及數(shù)字圖像處理、計算機圖形學以及醫(yī)學領(lǐng)域的相關(guān)知識。在目前臨床應用中，大多數(shù)醫(yī)生還是借助CT、MRI拍攝的二維斷層圖像，根據(jù)臨床經(jīng)驗進行局部分析和診斷，這對于病變區(qū)域的精確定位和定量分析是遠遠不夠的。因此，在普通計算機上實現(xiàn)醫(yī)學圖像處理，將使臨床醫(yī)生可以對可視化三維圖像任意剖分。這對于診斷醫(yī)學、手術(shù)規(guī)劃、放射治療規(guī)劃、模擬仿真及解剖教學等方面，都具

2、有重要的學術(shù)意義和應用價值。 本研究課題是南京航空航天大學“十五”重點學科建設(shè)項目“計算機集成診斷與治療系統(tǒng)”中的子課題。論文將詳細闡述作者攻讀博士學位期間在醫(yī)學圖像處理方面從事的研究工作，主要涉及圖像分割、圖像三維重建及可視化、圖像測量這三個關(guān)鍵技術(shù)的研究，包括各種基礎(chǔ)算法的理論研究和應用系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)。論文主要研究工作及創(chuàng)新成果歸納如下： 1)針對圖像分割算法的具體應用，在分析綜合融合變形模型、小波變換、數(shù)學形態(tài)學

3、等先進理論的基礎(chǔ)上，將新型圖像分割算法——梯度向量流場的變形模型和改進的分水嶺算法應用于顱腦內(nèi)胼胝體和腦部星形細胞瘤的分割提取，取得了良好效果。針對彩色視網(wǎng)膜血管圖像，提出一種基于網(wǎng)格劃分的全自動分割提取算法，保證眼底測量結(jié)果的準確性、客觀性和實用性。 2)針對數(shù)字化醫(yī)療系統(tǒng)的需要，利用普通配置計算機群和醫(yī)院內(nèi)部局域網(wǎng)進行超大規(guī)模醫(yī)學數(shù)據(jù)并行重建的研究，是符合我國大多數(shù)醫(yī)院實情的有效手段，也是醫(yī)院PACS系統(tǒng)建設(shè)的必然要求。該

4、方法較好地解決了運算速度、內(nèi)存空間以及資金投入這三大難題，既節(jié)省大量資金，又能夠滿足臨床診斷需求。 3)將分形和分形維數(shù)的基本方法引入醫(yī)學圖像定量測量中來，首次將分形維數(shù)用于定量考察和分析不同濃度神經(jīng)生長素對體外培養(yǎng)新生大鼠背根神經(jīng)突起生長的影響。與采用顯微鏡進行定性觀察相比，該方法不僅可以測量復雜結(jié)構(gòu)的變化，而且可以描述它的生長和演變過程。分形維數(shù)的測量方法能夠從量化角度更準確深刻地說明神經(jīng)生長素能夠促進大鼠背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)突

5、起的生長，而且生長狀況表現(xiàn)出與劑量的依賴關(guān)系。 4)針對生物醫(yī)學微細結(jié)構(gòu)研究的需要，進行激光掃描共聚焦顯微鏡圖像計算機處理的相關(guān)研究。首先對顯微鏡圖像進行激光吸收和散射的補償以及基于最大后驗的圖像盲解卷積，改善圖像模糊，提高圖像質(zhì)量。然后利用光線跟蹤算法重建三維物體，實現(xiàn)三維圖像的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、光線設(shè)置等操作，從而清晰全面地顯示三維微細結(jié)構(gòu)。此外，還可以通過電影放映方式顯示三維結(jié)構(gòu)隨時間變化的過程，實現(xiàn)四維成像，為生物醫(yī)學

6、顯微圖像的分析提供技術(shù)支持。 5)將生物醫(yī)學可視化技術(shù)推進到微觀切片水平，實現(xiàn)生物組織連續(xù)切片圖像的兩步配準和快速重建?？紤]到生物體在序列切片圖像上的重心位置具有連續(xù)性的事實，提出一種新的逐步求精的自動配準方法。在使用力矩主軸法對兩幅圖像進行粗略配準的基礎(chǔ)上，對已有配準結(jié)果作微小干擾，當圖像互信息最大時獲得最終精確配準結(jié)果。采用基于有序體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Shear-Warp算法重建生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高對體數(shù)據(jù)的遍歷效率，減少對無效數(shù)

7、據(jù)的訪問，加速繪制過程。 6)在充分吸收國外知名圖像處理軟件各項優(yōu)點的基礎(chǔ)上，利用IDL這一開發(fā)平臺，進行醫(yī)學圖像處理分析系統(tǒng)MIPAS和CTA/MRA圖像后處理軟件VICAAT的研發(fā)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)。通過對實際醫(yī)學圖像的處理，證明該系統(tǒng)的理論意義和應用價值，取得大量實驗結(jié)果，為醫(yī)學圖像處理和分析創(chuàng)造良好條件，并將逐步推廣應用于臨床診斷。 歸納而言，本論文針對計算機組合診療系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，在理論上提出