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连续多帧医学DICOM图像压缩编码方法研究
针对连续多帧的DIC0M图像,本文借鉴了基于DCT变换的视频压缩编码方法,提出了采用先进行运动估计和运动补偿,然后再对误差帧进行小波变换的视频处理的参考方法.实验结果表明该算法产生的压缩比能够稳定在20以上,峰值信噪比都在30db以上.另外本文采用了改进三步搜索法,提高了编码效率.能够很好地满足医疗图像序列压缩和传输的要求.
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一种新的仿射参数估计方法在磁共振成像PROPELLER中的应用
本文提出了一种基于频域相位相关算法的仿射参数估计方法,以改进PROPELLER仿射伪影消除中现有方法的不足.首先利用频域相位相关算法求出每个k-空间条的刚性运动参数,然后把刚性运动参数作为初值代入到仿射估计中,进行运动补偿后由网格化重建得到终结果.实验结果证实该方法对于仿射参数估计的精度更高,稳定性更好,仿射运动伪影消除效果明显优于现有方法.该方法在PROPELLER伪影消除中是一种有效的并且实用的仿射参数估计方法.
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基于运动估计的肺4D-CT图像冠矢状面超分辨率重建
肺4D-CT在肺癌放射治疗中发挥着重要的作用,但肺4D-CT数据层间的分辨率低,导致每个相位3D数据的肺冠矢状面均为低分辨率图像.本研究提出一种基于运动估计的超分辨率重建技术,以提高3D数据的冠矢状面图像分辨率.首先,分析图像退化模型;然后,采用基于完全搜索块匹配的运动估计法,估计出不同“帧”肺冠矢状面图像之间的运动场;后,以此运动场为基础,采用迭代反投影法(IBP),重建高分辨率的肺部冠矢状面图像.使用一个公共可用的数据集来评价所提出的算法,该数据集由10组肺4D-CT数据组成,每组数据包含10个相位.在每组图像中,选取不同相位的冠矢状面图像进行实验.结果表明,与传统的插值方法(如近邻插值、双线性插值法)相比,图像边缘宽度均显著降低(近邻插值9.93±0.59,双线性插值8.04±0.69,新算法5.41±0.60,P＜0.001);较双线性插值,图像平均梯度显著提高(5.41±0.59 vs 7.49±0.75,P＜0.001),新方法不仅能获得视觉上清晰的图像,而且量化评价指标也有明显提高.主观和客观实验结果表明,所提出的新方法能有效提高肺4D-CT冠矢状面图像的分辨率.
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基于椭圆方程的三维心脏超声图像的位移场估计
三维超声心动图技术能使医生直观地看到心脏整体和各部分的运动,在临床得到重视.在三维超声心动图技术中,如何定量的描述心脏中某个组织的运动状况极具临床意义.本研究提出了一种基于椭圆偏微分方程的二尖瓣三维运动估计方法.该方法直接在三维超声图像的位移场上进行了运动估计,避免了传统运动估计方法,如光流法,需要标定的缺点.本研究首先建立一个二次误差指标函数,然后利用变分法导出了三维空间下的一组椭圆型偏微分方程.这类方程有着比较成熟的数值解法,利用了有限差分法,对多个三维超声数据立方体进行了计算,结果证明这类方法是有效的.
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磁共振成像PROPELLER采样数据重建中的运动估计新算法
PROPELLER(推进器)采样技术能够利用K空间中心重叠采样区域的数据来估计采集过程中受检查者的运动进而加以补偿,对运动伪影的消除效果非常显著.然而,由于其重建时的运动估计是基于大化频域空间上相关系数的配准算法,该算法为了实现旋转估计与平移估计的分离,在进行旋转估计时,仅仅采用K空间数据的模,在数据量有限的情况下造成估计精度较低,在重建图像上表现为模糊及星条状伪影.本研究基于大化图像空间上的互信息提出一种PROPELLER采样数据的运动估计新算法,首先由每个K空间带进行傅立叶逆变换后取模重建出系列临时图像,对这些图像进行模糊增强后以互信息作为相似性测度迭代搜索优的运动参数.实验证明,该方法能显著提高PROPELLER采样数据重建中运动估计与补偿的精度,从而更好地消除伪影,特别是用于有运动时T1加权头部成像时.
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腔内超声动脉血管壁弹性模量与运动估计
动脉弹性是了解心脑血管系统生理和病理的重要参数,超声弹性成像有希望成为组织病变诊断和力学特性评价的有效手段.本文利用血管内高频超声成像技术估计动脉血管的弹性模量和血管壁的运动,乳胶管对比实验验证了该方法的有效性.通过动脉管壁分段结合内外壁拟合,可有效地估计动脉管壁的内径、外径、壁厚及其变化,避免管壁不规则形状的影响;采用光流法估计血管壁的收缩和扩张运动,内外管壁运动的区别使得血管壁分层结构和非均匀管壁的弹性测量与成像成为可能.
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医学图像分析的现状与展望
综述了医学图像分析的当前主要进展,包括理论模型、感兴趣区分割、图像配准与融合、时序图像的功能分析等传统研究.根据该领域的新进展,简述了基于内容的医学图像检索系统、标准数据集和评估准则的建立,以及医学图像分析商用软件等较新颖的热点.后总结了医学图像分析领域面临的主要挑战和未来发展方向.
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视频信号的De-interlace算法分析
本文分析了视频预处理的De-interlace算法.在分析了线性滤波De-interlace算法缺点的基础上,提出了像素相关性判断改进方法,改善了处理的效果.针对主要是水平或者垂直方向运动的视频,运动补偿法的块匹配算法存在速度慢的缺点,提出了行搜索运动补偿De-interlace算法,改善了预处理效果,提高了预处理速度.后,对这些算法进行了评估与比较.
关键词： De-interlace 场内 场间 运动补偿 运动估计 -
视频压缩中的运动估计算法
通过研究视频压缩算法,归纳分析了MVFAST、PMVFAST和UMHexagonS算法各自的优缺点,在此基础上给出了一种改进的基于块匹配的运动估计算法.改进算法充分利用视频图像的运动矢量中心偏移特性、分布特性和相关性特点,设计并使用了类圆形和小菱形两种模板,在搜索过程中采用组合模板进行灵活处理,提高了块匹配的搜索速度.缩短了运动估计时间.实验结果表明,改进算法在保持图像质量的同时,有效减少了视频编码时间.
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改进的十字菱形搜索算法
新的视频压缩标准H.264比MPEG-4具有更高效的压缩效果,但却是以增加复杂度为代价的.针对搜索速率中的运动估计问题,设计了具有方向性的搜索模板,同时利用搜索起始点预测,合理选择模板,辅助点搜索等技术对十字菱形搜索算法进行改进.实验结果表明,改进算法在高峰值信噪比的情况下,有效提高搜索速度.
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心血管三维运动场的重建方法及验证
目的 利用近似垂直角度的造影图像序列重建冠状动脉血管的运动场,获得对心血管运动的定量估计.方法 在获得两个角度序列中各时刻血管骨架点的二维运动向量的基础上,根据造影系统的透视投影模型和几何变换关系分别反算出三维运动向量两个端点的空间坐标,得到对血管骨架三维形态和运动的描述.结果 采用运动场已知的模拟图像验证二维运动估计算法,误差在一个像素左右;采用血管模型图像验证三维重建算法,反投影的均方根误差小于1.5个像素;后采用临床采集的图像序列进行实验.结论 通过对算法的误差进行定性分析和定量估计,证明该方法是可行的,可辅助冠心病的临床诊断.
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冠状动脉的二维运动分析
本文提出了两种由造影图像序列估计冠状动脉运动参数的算法:光流法和动态规划法.采用临床得到的单面冠状动脉造影图像序列对两种算法进行了验证,通过比较其估计结果,分析了它们的优缺点及适用范围.
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提高准静态弹性成像运动估计精度的算法及其仿体实验研究
超声弹性成像作为一种新兴的成像技术手段,可以对病理组织和正常组织的结构性弹性差异进行成像.由于各种良恶性肿瘤以及物理治疗形成的损伤会使得局部组织弹性发生明显变化,因此,采用超声弹性成像检测病变组织或者物理治疗形成的损伤具有重要意义.弹性成像的基础建立在对外力作用下组织运动的精确估计上,在准静态弹性成像中,即为检测轴向外力缓慢施压所造成的组织纵向运动.然而由于非纵向运动,边界条件和设备噪声等因素的影响,实际运动估计中需要通过算法消除各种因素的干扰.本研究采用了一系列方法来提高运动估计的精度,即首先采用二维互相关算法,减小组织横向运动对位移估计的干扰;然后采用分段线性拟合的算法剔除了位移估计中的奇异点,并通过二维中值滤波算法平滑了位移数据;后采用基于小波变换的低通数字差分算法,成功的抑制了位移数据中的高频噪声对应变估计结果的干扰,并比较了该算法相对于数字低通差分滤波器和直接差分算法的应变估计效果.开展了多层仿体实验和包含有柱状硬物的仿体实验验证了这些算法的可行性.研究表明,通过一系列运动估计算法的改进,可以大大提高运动估计的准确性,降低了图像噪声.
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基于快速亚像素运动估计的肺4D-CT图像超分辨率重建
肺4D-CT图像超分辨率重建技术对于提高肺4D-CT图像分辨率有重要作用。本文提出一种基于快速亚像素运动估计的超分辨率处理方法，以重建清晰的肺4D-CT图像。首先采用快速亚像素运动估计方法估计不同“帧”图像间的运动场，然后采用迭代反投影方法重建高分辨率肺4D-CT图像。实验结果表明，与传统的插值方法及基于全搜索运动估计的超分辨率重建算法相比较，本方法能得到更清晰的肺部图像，图像结构明显增强。同时，与全搜索算法相比，运算时间显著缩减。
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基于星形先验和图割的肺部四维计算机断层扫描肿瘤自动分割
肺部四维计算机断层扫描(4D-CT)能准确定位肿瘤靶区,对于实现肺癌的精确放疗有重要意义.但4DCT图像数量巨大,单纯靠人工分割肿瘤勾画靶区很不现实,而且肺4D-CT图像复杂,目前的自动分割技术难以保证分割精度.针对这些问题,本文提出了一种基于星形先验和图割的肺4D-CT肿瘤自动分割技术.首先,在初始相位图像上选取目标种子点,以此点为中心,形成初始目标块.其次,采用运动估计中的完全搜索块匹配算法,获得下一相位图像中与初始目标块相似的目标块,同时计算出它们之间的运动位移,以此类推,得到所有相位的目标块以及对应块之间的运动位移.随后,利用这些运动位移和初始相位目标种子点的位置,计算出其余各相位目标种子点,将它们作为星形先验的中心点.后,在各相位的目标块上使用结合星形先验的图割算法,得到肿瘤分割结果.视觉和量化两方面评价结果均表明,相较于传统图割算法,本文提出的方法不仅能够提高分割的准确性,而且大幅提升了自动化程度.
关键词： 肺四维计算机断层扫描 自动分割 图割 运动估计 星形先验 -
改进的小波域医学图像序列的运动估计
医学图像序列压缩是远程医疗系统中的重要技术,而运动估计在视频序列压缩中起着关键作用.我们提出了一种改进的正方形-菱形搜索算法来实现医学图像序列的运动估计.这种改进的正方形-菱形算法减少了搜索点数.我们将其应用于小波域的医学图像序列的运动估计,并对数字减影血管造影图像序列(DSA)进行实验.结果表明,改进后的小波域正方形-菱形算法较其他算法精度高.
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基于X射线造影图像的冠状动脉运动分析
我们提出了一种采用X射线造影图像对冠状动脉的非刚性运动进行分析的方法,通过寻找两帧图像之间血管上点的对应关系,得到各点的运动向量.匹配中同时考虑了运动场的光滑性和血管的形状相似度.同时由于变形前后血管的长度可能不同,因而加入了对无匹配部分的处理,保证了匹配的均匀性.采用动态规划完成对优匹配的搜索,减少了计算量.采用仿真图像和临床得到的造影图像分别对该算法进行了验证,对仿真图像运动向量估计的均方根误差在1个像素左右.对临床造影图像的实验也得到了较为满意的结果.
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基于感兴趣区域CT重建的运动估计
为了对感兴趣区域运动信息进行估计,首先扩展中心切片定理并推导微分约束条件,然后用有限Hilbert变换算法求出方位角与径向图像导函数,后用改进的光流方程求解极坐标系下的运动场。与一般运动估计算法相比,该算法不使用图像域差分运算计算导函数,因此具有更高精度,并且极坐标系下的运动估计更加适合医学诊断需要。数值仿真也验证了该算法的可行性。
