大鼠脑三维标准图谱的构建及磁共振图像分析系统的研究及实现

摘要

神经学科是当今世界上最活跃的学科之一，大鼠是神经科学研究中广泛使用的试验动物。随着采集的大鼠脑数据越来越多，如果不能给它们的功能区一个精确的描述，这些数据都将变得没有意义。大鼠脑标准图谱正是解决问题的最有力的工具。 本文课题来源于中国科学院武汉物理与数学研究所科研项目：“大鼠脑三维标准图谱的构建及磁共振图像分析系统”，研究目的是在原有“三维核磁共振图像处理系统”的基础上进一步完善图像分析及显示功能。 本文围绕大鼠脑标准图谱和磁共振切片图像的可视化，着重研究了切片图像预处理、重建与三维可视化、配准及标记识别的理论和算法。 在预处理研究中，将矢量格式的标准图谱切片序列进行了栅格化；采用SNAKE模型对磁共振图像切片序列进行了脑区的分割；并且对这两种切片序列进行了重采样。 在标准图谱和磁共振图像重建与三维可视化部分，利用可视化图形开发包VTK对它们分别实现了基于光线投射和基于纹理映射的体绘制以及基于MC算法的面绘制，并实现了任意方向三维切割显示。 在标准图谱和磁共振图像配准及标记识别部分，分别提出了一种基于仿射变换的手动配准和一种基于PCA的自动配准，并实现了单张切片的功能区定位和三维空间功能区的标记识别技术。 在深入分析用户需求的基础上，按照面向对象软件工程的原则，充分考虑到系统的兼容性和稳定性，用VC++6.0和VTK在Windows平台上完整地实现了系统。实践表明，该系统具有极高的性能。