基于双源CT的心脏虚拟内窥镜显示

摘要

虚拟内窥镜技术(Virtual Endoscopy)作为一种虚拟现实技术,在现代医学中有着广泛的应用。该技术把医学影像作为原始数据,结合图像处理、计算机图形学、计算机可视化、虚拟现实技术等技术来模拟传统的光学内窥镜,与传统的光学内窥镜相比,它不必把内窥镜摄像头插入人体,实现了完全无接触的检查。虚拟内窥镜的深入研究给医生提供了更加准确的诊断依据,可应用于辅助诊断,实现手术的精确定位、医务人员的培训和手术规划等。心脏是人体最重要的器官之一,通过心脏的泵血功能,完成了血液在整个人体内循环流动,同时向人体各脏器提供能量和氧气。二尖瓣是心脏中最容易发生病变的瓣膜,一旦二尖瓣出现病变,将影响到整个人体的血液循环。因此,模拟真实的心脏环境且能清晰观察二尖瓣的运动对医生进行临床诊断和治疗是非常重要的。本文研究心脏在造影剂下的分割和心脏二尖瓣的分割,最后采用两次分割所得到的图像来实现虚拟内窥镜。首先,对双源CT采集到的胸腔图像进行心脏在造影剂下的分割,考虑到数据量巨大,本文采用了自适应种子填充法进行分割。然后采用Contourlet变换对已经分割好的心脏在造影剂下的图像进行心脏二尖瓣分割。最后,用前面分割得到的图像,获取轮廓并得到心脏内部结构的轮廓线,实现三维面重建,即虚拟内窥镜。研究结果表明,本文的自适应种子填充法对于大数据量的分割非常有效,Contourlet变换进行任意方向角度的线状结构的分割和识别也是非常有效的,而虚拟内窥镜的实现对于医生进行心脏结构的观察是有一定的临床价值的。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 虚拟内窥镜的发展、应用及技术组成

1.1.1 内窥镜及虚拟内窥镜的发展

1.1.2 虚拟内窥镜的应用

1.1.3 虚拟内窥镜系统的处理过程

1.2 课题背景

1.2.1 心脏的结构及血液循环流通

1.2.2 二尖瓣结构及病变

1.2.3 双源CT 简介

1.3 本文工作及章节安排

第二章 基本理论

2.1 种子填充法

2.1.1 功能与效果

2.1.2 原理和算法

2.2 Contourlet 小波变换理论

2.2.1 小波分析的局限性

2.2.2 Contourlet 小波变换

第三章 心脏及其重要组织结构的分割

3.1 数据采集

3.1.1 DSCT 结构

3.1.2 DSCT 心脏扫描工作原理

3.1.3 DSCT 的剂量问题

3.1.4 DSCT 的优势

3.1.5 DSCT 的前景

3.2 基于自适应种子填充法的心脏组织在造影剂下的区域分割

3.3 基于Contourlet 轮廓波变换的心脏二尖瓣膜分割

第四章 虚拟内窥镜的实现

4.1 提取心房和心室切片的轮廓线

4.1.1 边界跟踪方法理论基础

4.1.2 便捷跟踪方法的实现步骤

4.1.3 便捷跟踪方法的实现代码

4.2 心房和心室轮廓线的三维面重建

4.2.1 基于单个片段的光照渲染

第五章 实验结果

5.1 心脏在造影剂下的分割结果

5.2 基于Contourlet 轮廓波变换的心脏二尖瓣膜分割结果

5.3 虚拟内窥镜的实现

5.3.1 内窥镜界面设计与操作

5.3.2 内窥镜显示结果

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

上海交通大学学位论文答辩决议书