基于改进的V-Net模型肺结节分割算法的研究

由于CT图像是三维图像,在原始的V-Net模型分割中,易出现结节漏检和边界分割不清晰,以及损失函数Dice训练时不稳定等问题。根据这些问题,提出3D多尺度SE V-Net,简称MSEV-Net网络,同时通过联合损失函数来提高训练的稳定性。该网络模型在V-Net网络的基础上,使用多尺度卷积模块来替换原有的5×5×5卷积,同时在残差连接后加入SE通道注意力模块,通过不同尺度的特征融合和学习不同通道之间的关系,解决肺结节小不易分割的问题。同时在V-Net网络残差连接基础上加一条短跳跃连接,使得整个网络更好利用全局特征。联合损失函数选择Dice和交叉熵损失函数进行融合,可以很好地解决训练不稳定问题。提出的MSEV-Net网络模型和联合损失函数在平均分割准确率PA达到0.998,DSC达到0.837。实验结果表明,该方法在提高肺结节分割精度方面具有一定的效果。

基于自适应区域生长算法的肝脏分割

把肝脏器官从医学图像中提取出来,为肝脏的三维重建及最终的仿真手术模拟提供正确的数据。针对腹部CT图像中脏器组织多、图像纹理结构复杂、灰度差别小、边缘不明显等特点,提出一种改进的自适应区域生长分割算法。该算法基于两个局部参数:待生长点的局部平均灰度和局部平均梯度,对传统区域生长算法的生长准则进行了改进。实验结果表明,得到的肝脏分割结果比传统区域生长算法分割结果更精确,可以为后续的肝脏三维重建及仿真手术提供准确的数据。

CT序列图像中肝脏及其管道的分割

把肝脏及其内部各种管道从CT序列图像中分割出来,为后续肝脏及其管道的三维重建及最终的虚拟手术模拟提供正确的数据。在结合CT序列图像之间的相似性基础之上,提出一种动态自适应的区域生长算法。首先对原始CT数据进行中值滤波,去除部分噪声,然后采用相应的序列化区域生长分割模型,对CT序列图像中肝脏及其内部管道分别进行提取。实验结果表明,应用该方法能得到准确的肝脏及管道分割结果。

基于64排CT数据的肝胆虚拟手术系统的研究

虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,可以用于术前对手术过程的模拟,提高手术的成功率,降低医疗成本。论述并设计了一种基于64排CT数据的肝胆虚拟手术系统,而且分别对该系统中图像分割、图像配准、3D可视化以及虚拟切割等关键技术进行了深入的探讨与研究。给出了手术刀虚拟切割肝脏及内部管道的实验结果,结果表明,该系统对制定合理的手术预案具有重要的临床价值。

一种基于区域生长的CT序列图像分割算法

提出一种基于区域生长的CT序列图像的分割算法。在第一张待分割目标区域中选取一个种子点,利用四领域的生长规则对种子点进行区域生长,得到一组点集,将这个点集投影到下一张CT图像中,得到一组新的点集,再提取该点集的轮廓,最后对该轮廓上的点进行四领域的区域生长,分割出最终的目标区域。实验结果表明,该分割算法不仅适用于简单的图像分割问题,而且对于背景复杂、光照不均匀的图像也能取得较好的分割效果。

基于分割的肝癌三维可视化研究与实现

提出一种基于分割的肝癌三维可视化方法。利用动态自适应区域生长算法分别把肝脏、肿瘤以及肝内血管从图像中提取出来;通过调用VTK开发包中的MC面绘制三维重建算法,对这些器官和组织进行三维绘制。这种方法分割准确,重建的三维器官模型立体感强,形态逼真,便于观察肿瘤与其它器官组织的空间位置关系。

肝脏虚拟手术中的关键技术研究与实现

对虚拟仿真手术中的图像配准、图像分割、人体器官三维重建以及虚拟切割等关键技术进行了深入的探讨与研究,通过PHANTOM操纵"虚拟手术刀"对肝脏及其内部管道模型进行了仿真切割实验。结果表明,在力反馈设备的基础上进行虚拟肝脏切割手术,仿真手术过程和结果基本符合临床实际情况。

基于分割的肝癌三维可视化应用研究

提出一种基于分割的肝癌三维可视化方法。利用动态自适应区域生长算法分别把肝脏、肿瘤以及肝内血管从图像中提取出来,使用数学形态学算子对分割结果图像进行空洞填充及边缘修整,得到最终分割结果;采用MC面绘制方法,对这些器官和组织进行三维重建。实验结果表明:这种方法分割准确,重建的三维器官模型立体感强,形态逼真,便于观察肿瘤与其它器官组织的空间位置关系,可以达到辅助医疗诊断的目的,对肝癌外科手术具有重要的临床应用价值。

胰体尾肿瘤的可视化仿真手术研究

目的研究可视化仿真手术在治疗中胰体尾肿瘤的应用。方法采集64排螺旋CT胰体尾肿瘤病人的原始扫描数据集,通过自适应区域生长算法对CT序列图像进行图像程序分割和自动提取,再采用自行研发的图像处理软件对图像数据进行三维重建,并导入FreeForm Modeling System进行图像修饰、平滑,然后利用GHOST SDK和PHANTOM软件系统进行胰体尾肿瘤病人术前的可视化仿真手术研究。结果三维重建后的胰腺、胰体尾部肿瘤与邻近脏器的三维结构清楚,主胰管、腹主动脉系统、门静脉系统、胆道等主要管道系统的分布、行程以及相互关系明晰。在胰体尾肿瘤的仿真手术系统中,利用GHOST SDK可以开发出来各种仿真手术器械,利用PHANTOM系统可以完成和真实手术一样的胰体尾肿瘤仿真手术,效果逼真。结论胰腺CT数据三维重建和可视化仿真手术的研究,对胰体尾肿瘤等胰腺手术的个体化手术方案制定、风险评估、临床教学训练等方面都有很大的应用价值。

数字化肾结石三维模型的建立及虚拟手术仿真

目的建立数字化肾结石三维模型,并虚拟仿真经皮肾镜碎石术(PCNL)。方法采集8例不同类型肾结石患者的CT数据,利用三维重建软件mimics 10.0进行图像分割和三维重建,建立一体化肾结石三维模型。根据肾结石三维模型提供的肾内及肾脏毗邻器官解剖关系,制定出最合理的个体化手术方案,并通过FreeForm Modeling System进行PCNL虚拟手术仿真。结果共建立了8例患者的肾结石三维模型,三维模型直观显示了肾内结石、集合系统、肾内血管及周围毗邻脏器的关系,在三维模型上模拟了PCNL经皮穿刺、扩张及碎石过程,完成了个体化的PCNL虚拟手术仿真。结论数字化肾结石三维模型为手术设计提供了可靠和全面的依据,PCNL虚拟手术仿真对提高碎石率和减少手术并发症有重要指导意义。

肝内外胆管结石64排CT数据三维重建及其临床意义

目的研究64排螺旋CT数据肝脏及其管道系统三维重建在肝胆外科中的临床意义。方法利用胆道结石病人的肝脏64排螺旋CT扫描数据,用程序和人工方法对图像进行分割,采用Mimics软件进行三维重建,重建出的肝脏及其管道模型分别以STL格式输出,然后导入到Free Form Modeling System进行修饰和平滑。将肝脏和其内的各个管道系统及结石进行配准。结果重建的肝脏模型能真实反映肝脏的实际体积和肝脏的解剖标志,并且通过调节肝脏的透明度可同时显示肝脏和肝内的动脉、静脉、门静脉、部分腹部血管、胆道系统及其内的结石等,肝内、外胆管结石的大致位置及个数清晰可见,肝内、外胆管的扩张及狭窄情况一目了然,形态逼真,立体感强。同时还能对模型放大、缩小和旋转等其他全方位观察的操作。结论肝脏及其管道系统三维重建有利于术前规划及术中取净结石,对胆道狭窄和扩张进行恰当的处理,对减少术后结石的残留和复发有重要意义。

胆囊切开取石和胆囊切除术的可视化研究

目的研究64排螺旋CT的肝脏、胆道及胆囊结石数据,进行图像程序分割、三维重建和虚拟胆囊切除术。方法肝脏和胆道64排CT原始扫描数据的采集,通过自适应的区域生长算法对CT序列图像进行图像程序分割自动提取,采用MIMICS10.0软件和自行设计的软件对程序分割的图像数据进行三维重建,得到肝胆三维模型的数据并以STL格式导入Free Form Modeling System进行配准和平滑,利用系统的力反馈设备Phantom进行胆囊切开取石和胆囊切除虚拟手术。结果利用自适应区域生长算法进行胆囊结石和肝脏的图像程序分割速度快、效果满意,可获得胆囊结石和肝脏的分割数据,进行三维重建后的肝胆三维模型结构清晰、立体感强,形态逼真,在Free Form Modeling System系统中可完成胆囊切除的虚拟手术。结论本文提出的这种方法可以正确有效快速地完成64排螺旋CT的胆囊结石数据图像程序分割、三维重建及胆囊的虚拟手术,为胆总管和肝内胆管结石的三维可视化及虚拟手术提供思路。

可视化仿真手术在胰腺和脾脏手术中的应用研究

目的研究基于64排螺旋CT胰腺和脾脏扫描数据的三维重建和可视化仿真手术。方法采集胰腺和脾脏CT的扫描数据,通过自适应区域生长法对CT序列图像进行程序分割和提取,再采用自行开发的医学图像处理软件对分割后的图像数据进行三维重建,然后利用FreeForm Modeling System和PHANTOM软件进行胰腺和脾脏的可视化仿真手术。结果利用自适应区域生长法对胰腺和脾脏CT图像进行程序分割速度快、效果好。用自行设计的图像处理软件进行三维重建,图像结构清晰,可真实再现胰腺和脾脏的解剖结构。通过Freeform Modeling System和PHANTOM可以进行和实际手术过程一样的可视化仿真手术。结论基于螺旋CT数据的三维重建和可视化仿真手术,对胰腺和脾脏等腹部脏器的个体化手术方案制定、风险评估、临床教学训练等方面都有很大的应用价值。

可视化仿真手术在脾脏手术中的应用

目的研究基于64排螺旋CT脾脏扫描数据的三维重建和脾切除的动态可视化仿真手术。方法采集脾脏64排螺旋CT的原始扫描数据,通过一种自适应的区域生长法对CT序列图像进行图像程序分割和自动提取,再采用自行研发的医学图像处理软件分割后的图像数据进行三维重建,然后利用Freeform Modeling System和PHANTOM软件系统进行脾切除的可视化仿真手术研究。结果利用自适应区域生长法进行脾脏图像程序分割速度快、效果好,可获得满意的脾脏分割数据。采用自行研发的图像处理软件对脾脏的分割数据进行三维重建图像结构清晰,可真实再现脾脏和周围的结构。利用Freeform Modeling System和PHANTOM软件系统可以有助于术前进行模拟的脾脏可视化仿真手术。结论利用脾脏CT扫描数据进行的可视化三维重建和脾切除仿真手术研究,对脾脏手术前的风险评估和临床教学等方面都有很大的应用价值。

一种改进的分水岭分割算法

为了提取人脑CT图像中的脑部组织,提出了一种改进的分水岭算法,首先采用K-means聚类算法对图像进行初始分割,从而有效地抑制了由图片表面的灰度变化引起的过分割,使边缘定位更加准确;然后在聚类图像的梯度图上利用自动阈值法增强其对比度,进行分水岭分割。最后为了避免过分割现象,对分割后的图像进行了相似区域合并。实验表明该方法简单有效,能够得到符合人类视觉系统特性的分割结果。

可视化脾切除仿真手术的临床应用探讨

目的研究64排螺旋CT脾脏扫描数据的三维重建方法和脾切除的可视化仿真手术效果。方法采集脾脏64排螺旋CT的原始扫描数据,通过自适应区域生长算法对CT序列图像进行图像程序分割和自动提取,采用自行研发的图像处理软件对分割后的图像进行三维重建,再将重建后的数据以STL格式导入FreeForm Modeling System中进行修饰、平滑处理,利用GHOST SDK软件开发出各种仿真手术器械,利用PHANTOM力反馈设备进行脾切除术前的可视化仿真手术研究。结果自适应区域生长算法进行脾脏图像程序分割速度快、效果好,可获得满意的脾脏分割数据;三维重建出来的图像结构清晰,可真实再现脾脏和周围重要器官及管道的结构;仿真脾切除手术精确逼真、形象生动,且能一定程度上感受在手术台上直接操作的感觉,沉浸感强,交互性好,效果满意。结论脾脏的三维重建和可视化仿真手术可以让术者在手术前对脾脏周围的三维解剖结构有清晰的了解,对降低手术风险、减少手术并发症、提高手术效果有很大的帮助。

脊柱疾病虚拟手术系统的初步研究

目的建立基于64排CT图像数据的计算机辅助三维立体脊柱手术模拟系统,为术前进行精确设计手术方案及达到术后良好效果提供真实可靠依据。方法对人体64排CT切片数据进行感兴趣区域图像分割和边缘提取,采用面绘制技术对提取的轮廓序列进行三维数据生成,建立适用于虚拟手术的脊柱三维重建模型,采用Freeform虚拟手术软件和Phantom力反馈系统,初步以腰椎间盘突出后路减压椎间盘摘除术为例,进行虚拟手术,并且以动态动画形式演示。结果初步建立了脊柱疾病虚拟手术系统,完成了腰椎后路椎间盘摘除虚拟手术模型,以动态形式成功演示了椎间盘突出手术仿真模拟,手术过程真实逼真,立体可视化效果好,并可进行反复演练,预测手术效果。结论腰椎三维立体可视化模拟手术系统的建立,为腰椎术前手术方案制定提供实用有效的技术手段和全新的科学方法。

500排宝石CT数字化在结肠肿瘤的临床应用

目的:研究500排宝石CT在结肠肿瘤的临床应用价值。方法:收集结肠肿瘤患者并予肠道准备、口服造影剂、注射解痉药物等扫描前准备,行腹部CT增强扫描,将图像数据传至工作站进行三期数据的配准,宽窗、宽位选择,三维重建及数字化处理。结果:CT数据数字化模型可高分辨力三维显示肿瘤、肿瘤血供、肠管形态及肿瘤与肠管间的解剖空间结构,同时其受病变侵犯的情况可清晰显示,可随意分割显示腹腔目标脏器的图形。肿瘤、肠管的解剖关系与术中所见相吻合。结论:CT数据的三维重建及进一步数字化处理,能充分显示腹腔目标脏器的空间立体结构及病灶,有助于术前规划及术前评估。本研究更大意义在于数据来源的优化,为数字医学技术研究提供良好的数据来源。

CT三维重建对肝胆管结石成因分析及手术抉择的应用价值研究

目的研究CT三维重建技术对肝胆管结石成因分析及手术方式选择的临床应用价值。方法以2011年1月～2011年7月本科室20例复杂肝胆管结石患者为研究对象,采集肝胆管结石患者64排螺旋CT扫描二维数据集,运用自行开发的软件-医学图像处理系统Medical Image Process System(MIPS)进行自动程序分割,将肝脏和各管道模型以STL(StandardTemplate Library)格式导入FreeForm Modeling System进行三维重建;通过对三维模型的全方位,多角度,多层次观察,分析确定各部位肝内胆管结石的成因,并据此制定合理手术方案。结果三维重建所获得的肝胆模型结构清晰、立体感强,形态逼真,交互性好;通过将肝脏及胆道系统透明化处理,可直观分析各部位肝胆管结石与周围组织结构的空间位置关系,为结石成因分析及手术方式确定提供可靠依据。结论 CT三维重建技术对肝胆管结石成因分析及手术方式的选择具有良好的应用价值。

开放式实验教学管理系统的设计与实现

为了便利实验教学工作的展开,提高教师工作效率,给学生提供一个能够充分发挥自主性、创造性的学习环境,探讨了开放式实验教学管理系统的设计,主要讨论了系统的体系结构、功能设计和系统安全性。