HMD式光学穿透技术在医学增强现实中的研究进展

增强现实技术在医学中的应用是目前一个研究热点。首先介绍了医学增强现实系统的概念以及各组成部分的功能;然后针对基于HMD式光学穿透技术的增强现实系统的主要研究内容,对目前在HMD的标定、跟踪和配准几方面进行分类综述,并给出系统误差分析方面的研究工作:最后指出需进一步研究的问题和可能的方向。

Web模式的医学断层图像三维重建

实现了基于 Web的医学图像三维重建及显示 .用超高速 CT扫描获得人体器官的二维图像 ,基于 JavaApplet与 Java Application编程 ,采用体绘制法完成二维图像的三维重建与显示 .重建实现了在 Internet上以Web模式跨平台运行 .重建的三维图像能够清晰地显示人体器官的解剖结构 ,尤其是心脏的整体形态及冠状动脉的走向 .用 Java Applet与 Java Application实现基于 Web的医学图像三维重建是可行的 ,并对三维图像的临床应用起到了推动作用 .通过三维重建显示人体器官的立体形态 ,尤其是冠状动脉的解剖结构 。

三维医学图像的快速重建与任意切割

目的 实现三维医学图像的快速重建和任意切割。方法 采用外接球面法和分段标记法。结果 快速清晰地显示出人体器官的解剖结构 ,对器官的切割可以基于鼠标任意操作。结论 用JavaApplication实现对医学图像快速重建及任意切割是可行的 ,并为虚拟手术的研究提供了条件。

基于Web的医学断层图像远程重建

实现 Internet上 Web模式的医学图像三维重建及显示。基于 Java Applet编程 ,利用数字签名解决 Ja-va安全限制 ,读取本地图像。采用体绘制法完成二维图像的三维重建与显示。由超高速 CT获得人体器官的断层图像 ,在 Web上重建出了心脏、冠状动脉、头颅、颈椎、骨盆的三维解剖结构。重建可在 Internet上以 Web模式跨平台运行 ,且在三维图像上可进行切割模拟操作。结论 1用 Java Applet实现基于 Web的医学图像三维重建是可行的 ,并对三维图像的临床应用起重要推动作用 ;2基于 Web重建的三维医学图像 ,其精度能够满足临床要求 。

用模糊数学方法融合多模医学图像

提出一种基于模糊数学的方法来融合多模医学图像。采用改进的FCM算法分割图像,用自动模糊重分布的算法确定隶属度。在融合步骤中考虑到了16种不同图像组织的交混情况和16种上下文关系,总共256种模糊关系。实验结果表明:该方法有很强的抗配准偏差能力和抗分割干扰能力,并具有稳健、快速、精确等特点。

三维医学图像的交互式图形处理器快速重建

目的:开发一种基于图形处理器(GPU)的医学三维图像交互式重建系统,用于临床辅助诊断、手术计划等领域。方法:在GPU重建算法基础上使用了八叉树空间结构和多边形辅助光线投射方法实现进一步的优化,分别用基础算法和优化后的算法对一组CT图像进行重建,验证优化效果。结果:本研究实现的优化算法在真实医学三维图像重建中得到了高质量的重建结果,并且比原有的基于GPU的重建算法快2～3倍。结论:本研究实现的三维重建系统能有效加快重建速度,实现交互式快速重建。

科教融合的研究型教学模式探讨:以脑解剖教学为例

综合性大学培养的医学生未来应该既是一名医务工作者,又是科研工作者,因此,在本科阶段对其进行科研素养的培养至关重要。人体解剖学是医学的主干课程,教学时间长,如能很好地利用,则可以作为科研能力培养的载体。以脑解剖教学为例,探讨将脑图像处理研究相关的科研方法融入教学过程中,培养学生的创新能力。

基于股部CT数据源的虚拟解剖的初步研究

目的 研究利用股部的CT数据进行三维重建和初步的虚拟解剖。 方法 10例临床病人股部Light speedCT增强扫描的原始数据 ,利用“医学三维图像工作室”软件系统对其进行读取、三维重建和虚拟解剖。 结果 重建出的股部图像逼真 ,分皮肤、肌肉、骨骼和动脉等 4类器官伪彩显示 ,相互间结构层次清晰 ,能实时旋转、任意厚度多次切割。 结论 本研究实现了虚拟解剖的部分功能 ,对局部解剖和断层影像解剖学教学以及临床影像诊断具有明确的辅助作用。

基于DTI技术的健康成人胼胝体、扣带回、中脑白质纤维束密度随年龄变化关系的研究

目的：应用磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）技术定量探讨健康成人胼胝体、扣带回、中脑纤维束密度随年龄变化的关系。方法：将125例健康志愿者按年龄分成五组（第一组16~30岁,20例;第二组31~45岁,34例;第三组46~60岁,24例;第四组61~75岁,22例;第五组76~90岁,25例）,行3T磁共振（magnetic resonance imaging,MRI）扫描,获取脑T1和DTI图像。所有DTI数据经DTI Studio软件预处理并追踪得到脑白质纤维束,手工设置三个感兴趣区,即胼胝体、扣带回和中脑,统计各区的纤维束密度（fiber tract density,FD）,将所有数据输入SPSS软件进行统计学分析。结果：得到了三个感兴趣区的纤维束走行,其中胼胝体区纤维束成辐射状分布,走行有向前、后、左、右方向;扣带回区纤维束走行大致为前、后方向;中脑区纤维束走行大致为上、下方向,追踪结果分别与它们各自的解剖学结构相一致。对三个区的纤维束密度的统计学分析结果为：（1）胼胝体区,各年龄组的FD均存在显著差异（P〈0.05）,且随着年龄的增长,胼胝体区纤维束密度逐渐降低。（2）扣带回区,各年龄组的FD均存在显著差异（P〈0.05）,第一组的左、右侧扣带回FD存在显著性差异（P〈0.05）,在其左、右区,各年龄组的FD相互比较均具有显著性差异（P〈0.05）;进一步分析得到,左侧扣带回区FD随年龄增长的下降趋势大于右侧。（3）中脑区,各年龄组的FD无显著性差异（P〉0.05）,在其左、右区,各年龄组的FD无显著性差异（P〉0.05）。结论：随着年龄增长,胼胝体、扣带回区内FD明显降低。磁共振弥散张量成像技术的量化指标FD可以用来了解脑白质纤维束的变化。

基于光学定位的超声与CT图像融合——颅颌面软组织导航关键技术研究及初步应用

目的建立基于光学定位的超声与CT图像融合的技术路线,旨在解决颅颌面软组织外科导航的关键问题。方法 1获取超声图像的二维空间位置,通过最邻近差值算法进行三维重建,获取其三维空间位置信息;2将超声及DICOM格式的CT影像数据,运用自主研发的基于dLDP的图像融合算法进行融合;3超声与CT图像融合的临床验证,并评价其融合效果。结果所建立的基于dLDP的图像融合算法实现了颅颌面部超声与CT的融合,平均融合误差1.96 mm。结论基于dLDP图像融合算法的精度和图像显示效果能基本满足临床需求,并且对于自主研究口腔颅颌面软组织术中导航系统具有重要指导意义。

基于不同FA模板的全脑体素分析方法可靠性的研究

比较基于两种不同FA模板的全脑体素分析(VBA)方法的结果,了解该方法的可靠性,以期为脑白质的功能研究和相关疾病的诊治提供基础信息。选择27例健康成年志愿者,分为青年组(14例)和老年组(13例),行磁共振弥散张量成像扫描。首先使用DTIStudio软件对图像进行自动配准和张量计算,获取部分各向异性(FA)图,然后利用统计参数图(SPM8)软件对FA图进行配准、归一化、平滑等预处理,最后分别基于SPM8软件下产生的专用FA模板和本实验室自主开发的正常中国人FA模板,对两组间的脑白质FA值进行全脑体素分析比较。以纤维束示踪的空间统计学(TBSS)方法和相关文献结果为标准,对以上比较结果进行验证。在基于SPM8产生的专用FA模板下,与青年组对比,老年组的双侧内囊前、后肢,左外囊,左额上回,左枕叶,右放射冠,右大脑脚底,右额中、下回,右小脑中脚的FA值显著下降(P<0.05,簇错误率校正);在基于正常中国人FA模板下,老年组的左内囊后肢,左外囊,左额上回,左颞中回,左枕叶,右放射冠,右内囊前、后肢,右大脑脚底,右额中、下回和胼胝体膝部的FA值相对于青年组显著下降(P<0.05,簇错误率校正);两种模板结果的不一致区域共有4个,即:左内囊前肢、右小脑中脚和左颞中回、胼胝体膝部,前两个区域出现在第一个模板中,后两个区域出现在第二个模板中,根据TBSS方法的激活区结果可得出左内囊前肢、右小脑中脚是假阳性,TBSS方法和相关文献结果支持第二个模板的结论。在采用VBA方法对脑白质进行分析时,基于正常中国人FA模板有助于提高结果的客观性和可靠性。

虚拟内窥镜关键技术的研究与临床应用

研究虚拟内窥镜的关键技术,并以临床试验加以验证。对不同的临床CT资料,使用研发关键技术后的虚拟内窥镜系统进行内窥镜临床试验。结果证明,采用该技术开发虚拟内窥镜系统符合临床应用要求。本文所采用的技术是可行的。

胰腺及其周围血管的三维重建和显示及临床意义

目的:利用腹部胰腺的CT数据进行三维重建和显示,研究胰腺正常和病变组织及其与周围血管的形态和位置关系。方法:20例临床病人腹部Light-speed cT增强扫描的原始数据,利用“医学三维图像工作室”软件系统对其进行读取、三维重建和显示。结果:重建出的胰腺及其周围血管图像真实,能实时旋转、任意厚度多次重建、切割,能观察出胰腺病变情况和周围血管受累程度。结论:本研究实现了胰腺及其周围血管的三维重建和显示,探讨出一种内脏器官和血管的重建方式,对断层影像解剖学教学、临床影像学诊断和治疗方案的设计具有明确的辅助作用。

脊柱手术导航中分步式2D/3D图像配准方法

为实现微创脊柱手术导航,提出一种将脊柱术前CT与其术中X射线图像配准的方法.首先基于一种最近点迭代法进行快速粗配准;然后提取图像的梯度特征,根据投影变换原理,采用寻找具有CT最大梯度投影位置的方法进行精配准.在模拟数据及临床标本上进行实验的配准率分别为92%和78%.实验结果表明:该方法鲁棒性强、人工干预少、适合于临床应用.

基于Mumford-Shah理论的最小生成树图像分割方法

基于最小生成树的图像分割方法虽然具有较快的分割速度,然而这类方法的结果较为粗糙、冗杂.结合Mumford-Shah理论,提出了一种优化的方法.通过考虑图像中区域间的结合程度以及各区域的几何性质,计算区域间基于结合度的权值并将之加入到最小生成树图像分割方法的区域合并判断公式中,使相互结合较好的区域更易于合并.该方法能够在保留目标区域间较弱边缘的同时,很好地合并目标区域内部结合较好的区域,并得到简洁平滑的轮廓.

尾状核、豆状核和丘脑的三维可视化及与磁共振图像的融合

目的依据中国虚拟人数据集对尾状核、豆状核和丘脑进行三维重建并与临床影像数据进行融合,为神经外科疾病的诊断与治疗提供形态学依据。方法以中国虚拟人数据集为依据,采用图像透明的方法对尾状核、豆状核和丘脑进行手工分割,在平滑处理中运用了腐蚀与膨胀的方法,并把分割后的神经结构与病人磁共振图像进行融合,最后用表面绘制与体绘制相结合的方法进行三维重建。结果重建后的图像可清晰显示尾状核、豆状核、丘脑各个神经结构的形态、位置和毗邻关系。可在三维空间中绕任意轴旋转任意角度,从不同的方向进行观察。融合后的图像能同时显示虚拟结构与病人MRI图像。结论用三维可视化与MRI图像融合方法获得的图像资料,对于解剖学的教学研究以及神经外科疾病的诊断与治疗具有重要的参考价值。

基于图像力场转换的耳廓图像识别

首先讨论了耳廓识别技术的可行性、可靠性及其特点,针对耳廓识别特点提出一种基于图像力场转换的耳廓识别方法(Force-field fisher classifier)．该方法通过力场图像转换提取耳廓图像特征后,采用Fisher线性判别分类识别,减小了光照变化对耳廓识别的影响．在我们选取的耳廓图像库上识别率达到了98.5%．

基于学科交叉的断层解剖学课程教学模式的创新及实践

断层解剖学是一门交叉学科。本研究以其为平台,将相关学科的知识和技术运用到研究生断层解剖学课程的教学中,实践证明,学科交叉的教学模式能够拓宽研究生的知识面,提高其创新能力,值得进一步深入探索。

神经导航中脑组织变形补偿的点云处理

有限元方法是解决神经导航中脑组织变形的重要方法,需要手术过程中的脑皮层信息作为其边界条件。本文通过非结构点云进行了脑皮层信息的表示,并通过对其进行处理来获取有限元方法的边界条件。点云处理包括纹理映射、分割、简化和去噪,其中非结构点云的简化与去噪采用了改进的基于表面特性k邻域的聚类方法。实验结果证明所采用的点云处理方法是可靠的。