躯干部图像配准与三维重建系统的设计与实现

摘要

医学图像配准是医学图像分析的重要前提。PET/CT图像是肿瘤早期诊断及制定治疗计划的重要依据。本文通过应用图像配准技术构建标准化的躯干部模型，辅助医生对比和把握人体形态，同时为基于标准模型的统计分析奠定基础。由于个体间差异、图像伪影和噪声给配准工作带来了巨大挑战，因此如何准确配准躯干部图像是一个重要课题。 三维重建技术可以清晰地显示医学图像中的复杂特性和三维空间位置，利用3D打印技术制作成本低廉并且精确的3D物理模型，更好地辅助手术。 本文在大量学习和研究国内外相关文献与技术的基础上，开发了躯干部图像配准和三维重建系统，具体包括:(1)对躯干部图像进行去噪、重采样和分割的预处理;(2)提出了一种基于自动识别躯干部范围和提取特征点的三维躯干部图像配准方法;(3)针对移动立法体法生成的三维模型表面欠平滑的问题，提出了一种三维模型优化方法，并应用于3D打印;(4)在软件开发方面，开发了一套全自动的躯干部图像配准和应用于3D打印的三维重建可视化软件系统，并实现了基于图割的交互式脏器分割工具。 为了测试系统的可靠性，本文基于实际的PET/CT图像数据进行了实验，实验结果表明:本文提出的配准方法精度较高，配准速度较快，实现的躯干部配准系统的可用性强。提出的三维模型优化方法有效地解决了模型表面局部区域欠光滑的问题，并减少了顶点和三角面片的数量。3D打印得到的人体器官物理模型代表了实际的人体器官，且模型表面光滑。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2医学图像分割方法研究现状

1．3医学图像配准研究现状

1．3．1医学成像技术概述

1．3．2图像配准方法

1．4医学图像三维重建研究现状

1．4．1面绘制方法

1．4．2体绘制方法

1．5 3D打印现状

1．6本文的主要工作与创新点

1．7论文的组织结构

第2章相关技术介绍

2．1医学图像分割技术

2．1．1图割方法

2．1．2区域生长算法

2．2医学图像配准方法

2．2．1医学图像配准基本原理

2．2．2基于特征的配准方法

2．2．3基于灰度的配准方法

2．3医学图像三维重建技术

2．3．1体素概念

2．3．2面绘制方法

2．3．3体绘制方法

2．4系统开发平台介绍

2．4．1 ITK与VTK

2．4．2 OpenCV概述

2．4．3 Qt技术介绍

2．5 3D打印技术

2．6本章小结

第3章躯干部图像配准与三维重建系统的设计

3．1需求分析

3．1．1躯干部图像配准系统的需求分析

3．1．2三维重建系统的需求分析

3．2躯干部图像配准系统的整体设计

3．2．1躯干部图像配准系统的功能模块设计

3．2．2躯干部图像配准系统的界面设计

3．3躯干部图像配准系统的详细设计

3．3．1躯干部区域定义

3．3．2躯干部图像预处理模块设计

3．3．3躯干部图像配准模块设计

3．4三维重建系统的整体设计

3．4．1三维重建系统的功能模块设计

3．4．2三维重建系统的界面设计

3．5三维重建系统的详细设计

3．5．1图像分割模块设计

3．5．2三维重建模块设计

3．5．3模型优化模块设计

3．6本章小结

第4章躯干部图像配准与三维重建系统的实现

4．1系统的开发环境

4．2躯干部图像配准系统的实现

4．2．1躯干部图像配准预处理算法

4．2．2特征平面和特征点的提取方法

4．2．3基于自动识别躯干部的特征点配准

4．2．4基于自动识别躯干部的弹性配准

4．2．5躯干部图像配准系统界面的实现

4．3三维重建系统的实现

4．3．1基于图割的交互式分割方法

4．3．2基于VTK的Marching Cubes算法

4．3．3三维模型优化算法

4．3．4基于VTK的Ray Casting算法

4．3．5三维重建系统界面的实现

4．4优化模型应用于3D打印

4．5本章小结

第5章实验结果与分析

5．1实验数据与实验环境

5．2躯干部图像配准实验结果和分析

5．2．1躯干部图像实验数据和设计

5．2．2躯干部图像的预处理

5．2．3躯干部图像配准的对比试验

5．3三维重建实验结果和分析

5．3．1三维重建实验数据和设计

5．3．2面绘制与三维模型优化结果

5．3．3体绘制的对比试验

5．4 3D打印实验结果

5．5本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况