基于心脏图像的三维可视化和辅助诊断技术

摘要

计算机断层扫描图像和三维超声心动图对各种成人心血管疾病以及小儿先天性心脏病的诊断和手术规划具有重要的临床意义；心血管虚拟内窥镜作为三维数据可视化技术在临床中的应用已经成为心血管疾病计算机辅助诊断技术中的研究热点。本文研究了基于心脏图像的可视化技术和计算机辅助诊断技术。基于心脏计算机断层扫描图像我们着重介绍其可视化技术，包括心血管虚拟内窥镜的路径规划、导航设计、绘制加速，以及基于可视化技术的计算机辅助诊断；而基于三维超声心动图我们的研究工作主要集中在采集自心尖处三维超声心动图中标准四腔切面的自动寻找上。
　　本研究主要内容包括：⑴广泛阅读虚拟内窥镜路径规划算法的国内外相关研究文献，对于常见的虚拟内窥镜路径规划算法根据其算法特点进行总结和比较，着重研究了基于距离场的中心线抽取算法的原理，应用以及优缺点，为将基于距离场的路径规划算法用于心血管虚拟内窥镜奠定了基础。⑵将一种改进了的基于边界距离场的路径规划算法用于心血管虚拟内窥镜中。该算法是传统距离场路径规划算法的改进，改进后的算法克服了传统单纯基于源距离场算法的“贴壁”问题，中心性和实时性较好，且避免了虚拟视点移动时的抖动现象。该方法是一个完全自动的路径规划算法，根据此自动算法，为了满足临床医生在诊断时的需要，我们给出了一种经过临床医生任意多选择点的交互式的路径规划方法，交互式的算法能够更好的在内窥诊断的过程中观察病灶。⑶将CUDA编程技术引入到心血管虚拟内窥镜内窥显示实时绘制中，对光线投射体绘制算法进行了加速，大大加快了虚拟视点沿着规划路径移动的速度；在路径规划的基础上对中心线进行交互式的友好的导航设计，保证了我们在内窥诊断的过程中不会迷失方向，做到了实时定位。在此基础上，我们在大量的先心病患者数据集上进行内窥诊断实验，介绍了基于我们的工作可以辅助诊断出的先天性心血管畸形的类型。⑷提出了一种基于图像检索的在采集自心尖处的三维超声心动图中标准四腔切面自动寻找算法。该算法分为两步，第一步使用全局特征GIST，SVM分类器，在从三维超声心动图提取的大量二维切面中将所有四腔切面分类出来；第二步使用基于主成分分析的检索技术从分类出的四腔切面中精检索出标准四腔切面。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和选题意义

1.2 课题研究的内容和创新点

1.3 本文的内容安排

第二章 医学图像及其在计算机辅助诊断技术中的应用

2.1 引言

2.2 医学图像

2.3 基于医学图像的计算机辅助诊断技术

2.4 本章小结

第三章 虚拟内窥镜的路径规划

3.1 引言

3.2 心血管系统虚拟内窥技术

3.3 常用的虚拟内窥镜路径规划算法

3.4 一种改进了的心血管系统虚拟内窥镜自动中心线抽取算法

3.5 交互式虚拟内窥镜中心线抽取算法

3.6 实验

3.7 本章小结

第四章 基于路径规划算法的临床辅助诊断技术

4.1 引言

4.2 科学可视化技术

4.3 光线投射体绘制

4.4 光线投射算法的CUDA加速

4.5 虚拟视点的导航设计

4.6 实验

4.7 本章小结

第五章 三维超声心动图中标准四腔切面的寻找

5.1 引言

5.2 三维超声心动图中的标准切面

5.3 三维超声心动图切面提取

5.4 二维切片初分类

5.5 基于PCA的标准四腔切面精简索

5.6 实验

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

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