断层CT医学图像分割及其三维重建研究

摘要

医学图像分割和三维重建是医学图像研究领域的重要内容。本文的主要内容是以肝脏器官检测作为应用目的，探讨了基于CT的医学图像分割算法及其图像的三维重建方法，在分析当前图像分割及三维重建研究背景和现状的基础上，结合数学形态学和小波多分辨率分析在图像分析中的应用，提出了新的图像分割方法，并利用改进的射线投射法实现了图像的三维重建。 医学图像分割是图像分割的一个经典研究问题，但是到目前为止仍不存在一个通用的方法，也不存在一个客观标准来判断分割的成功与否。本文以传统的图像分割方法和近年新发展起来的图像分割方法为基础，分析了各种分割方法的优劣，对数学形态学、正交小波以及小波的多分辨率分析进行了深入的研究，针对本文所要处理的医学图像的模糊性和不均匀性，提出了基于多小波的医学图像阈值分割算法。首先应用类间差方法确定最佳阈值，再利用多小波的多分辨率分析，对各个分辨级上的小波系数使用不同的阈值进行阈值化分割处理，最后针对相应的肝脏CT医学图像进行分割实验，实验结果证明该方法能将肝脏部分的边缘与局部轮廓从背景中分割出来，并能较好地保留图像特征信息，证明了该方法的有效性和可行性。 此外，本文还对三维重建进行了研究，通过比较面绘制和体绘制两种重建方法的利弊，确定了本文的研究重点——体绘制方法。最后针对本文研究的医学图像，结合图像的插值计算提出了一种射线投射改进算法，该算法加快了射线投射法的三维重建速度，对分割处理后的图像进行三维重建，可以得出形象逼真的三维立体结构视图。重建之后的肝脏部分边缘特征连续，周围的骨骼部分也较明显，视图中各区域也比较明显，验证了该改进算法的有效性和可行性。三维重建的实现，使观察人体三维的组织和器官成为可能。这样，医生就能由形成的三维立体结构来观察病灶的大小及形状，以及病灶和其周围组织的空间几何关系，方便了医生的治疗诊断，具有极大地理论和应用意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2课题研究的目的及意义

1.3图像分割背景知识

1.4三维重建背景知识

1.5本文主要工作

第2章基于数学形态学的图像分割

2.1图像分割概述

2.2.传统图像处理领域中的医学图像分割技术

2.2.1基于阈值的方法

2.2.2基于边缘检测的方法

2.3近年新发展的医学图像分割技术

2.4基于数学形态学的图像分割算法

2.4.1数学形态学理论以及基本运算

2.4.2形态学细化算法

2.4.3细化算法实验结果分析

2.5图像分割算法的技术评价

2.6本章小结

第3章基于小波变换的图像分割

3.1一维小波变换

3.1.1小波序列展开

3.1.2离散小波变换

3.1.3连续小波变换

3.2多分辨率分析

3.2.1尺度函数与尺度空间

3.2.2多分辨率分析概念的引入

3.2.3小波函数与小波空间

3.2.4正交小波变换与多分辨率分析

3.2.5 Mallat算法

3.3二维离散小波变换

3.4实验结果分析

3.5本章小结

第4章 基于多小波多分辨率分析的阈值分割

4.1多小波理论

4.1.1多小波

4.1.2离散多小波变换

4.2多小波的多分辨率分析理论

4.3类间差阈值图像分割原理

4.4小波算法改进与实验结果分析

4.5本章小结

第5章图像三维重建

5.1三维重建概述

5.2体绘制三维重建

5.2.1体绘制与面绘制的区别

5.2.2体绘制及其常用算法

5.3射线投射法的光学模型

5.4图像之间的插值

5.5射线投射法改进与实验结果分析

5.6本章小结

总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况说明