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CT图像肺结节计算机辅助检测技术研究进展
根据近年来国内外计算机辅助检测(computer-aided detection,CAD)技术在CT图像肺结节检测中的研究进展情况,本文对比分析了目前检测流程中6个阶段(图像采集、预处理、肺实质分割、感兴趣区域提取、特征提取与优化、检测分析与降低假阳性率)各自所运用的研究方法及问题,并提出肺结节检测准确率的提高,依赖于各步骤算法的优化和大样本标准病例数据库的建立,需要在研究针对单一类型结节分类算法的基础上,设计通用的结节分类算法.
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基于Matlab精确测量半规管在颅底中的方位
目的:确定半规管在颅底的精确方位,并分析其在不同年龄组、侧别和性别中的差异.方法:将45例正常人(90侧耳)的CT序列图像导入Mimics软件,读取确定半规管平面的标志点以及为确定以法兰克福平面为基准的标准空间坐标系的关键结构标志点的三维坐标,基于Matlab软件编制计算程序Laby Calculation,确定标准空间坐标系的相关方程,计算半规管在标准坐标系中的空间方位和面面夹角,后对数据进行统计分析.结果:半规管的方位在不同年龄组和性别中具有一定的差异,而左右侧无明显差异,不同年龄组同侧半规管间面面夹角比较差异均无统计学意义(p＞0.05),提示随年龄增长同侧三个半规管方位的旋转可能是作为一个整体一同发生的.结论:本研究可为半规管发育研究提供形态数据,并对相关前庭功能检查和平衡功能障碍治疗提供依据和帮助.
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一种电阻抗图像与CT图像融合方法研究
研究一种电阻抗功能图像与CT结构图像相融合的方法,获得既能反映电阻抗分布又能反映组织结构的医学图像.以人体呼吸过程的电阻抗图像及胸部CT图像的融合为例,首先采用disk算子对CT图像滤波,再用canny算子提取CT图像轮廓,将提取后的结构图像构建EIT正问题模型,并进行正问题求解,更新灵敏度矩阵,且基于共轭梯度算法重建EIT图像,然后用小波算法将EIT图像与CT结构图像进行融合.在融合图像中,电阻抗功能变化信息在结构图像中凸显出来,可实现电阻抗变化区域的初步定位.研究结果表明,电阻抗功能图像与CT结构图像的融合有效、可行.本研究为实现电阻抗成像技术与其他成像技术的信息互补、进一步发挥EIT功能成像技术的优势奠定基础.
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局部信息约束的形状导向水平集算法对下颌管的分割
针对下颌管在CT成像中相对于周围组织的模糊特性,提出一种基于局部信息约束的形状导向水平集算法,对下颌管进行高精度分割.首先根据下颌管分布的位置,重建出下颌管相应部位的多个侧断面,并进行下颌管提取;然后利用主成分分析方法(PCA),对下颌管进行先验形状统计;之后在形状导向水平集算法的基础上,引入下颌管周围组织的局部信息,对水平集演化的能量函数进行约束,以改进在模糊区域水平集的分割效果,从而有效地实现对任意侧断面中下颌管的分割.通过利用分割精度对感兴趣目标的分割结果进行度量,得出形状导向水平集算法的平均分割精度为4.19％,而本算法的平均分割精度为1.82％.该方法能有效对患者的下颌管进行精确的分割,为临床下颌管的定位提供了一种行之有效的新方法.
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基于电磁定位的超声图像与CT图像的融合方法
在超声引导经皮介入治疗中,为集成多模态图像信息来弥补单一超声图像的不足,提出一种实时超声图像与CT图像的融合方法,使临床医生在实施介入治疗时得到患者病灶的多模态图像信息成为可能.首先,利用电磁定位系统,得到12个铅球球心的磁场坐标和CT图像坐标,利用两个点集的ICP配准算法,将磁场坐标系和CT图像坐标系进行配准;其次,利用电磁定位系统,将和超声探头固连在一起的电磁传感器自身坐标系与磁场坐标系进行配准;然后,利用超声探头的机械设计尺寸,将超声坐标系与电磁传感器自身坐标系进行配准;后,通过多个坐标系的转换关系将超声坐标系配准到CT图像坐标系,终将实时超声图像统一到CT图像中,并在软件中测量融合误差.在该方法下,实时超声图像与CT图像的融合误差为(0.7l±0.03)mm,在软件中可以清晰地看到两种图像的实时融合效果.因此,该方法可以有效地将实时超声图像与CT图像进行融合,为介入治疗的精准性提供相应的技术支持.
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基于CT图像腰椎L4～L5节段有限元模型建立与分析
基于CT图像结合图像处理及有限元分析软件采用六面体网格建立完整的人体腰椎L4～L5活动节段三维有限元模型,并对模型有效性进行验证与分析.用块状化分割方法对腰椎模型进行几何处理,然后对二维四边形单元使用扫略和拉伸等方法生成六面体实体单元从而建立三维腰椎有限元模型,并另外建立单元数量和单元类型不同的腰椎有限元模型用以对比.观察腰椎在轴向力和6个方向的扭矩作用下的变形和位移以及椎间盘的应力分布情况.建立的原始模型共有110 762个单元,111 644个节点,模型在500、1000、1 500、2000 N轴向压缩力作用下的位移分别为0.34、0.65、0.91、1.21 mm,在前屈、后伸、侧弯和扭转工况下关节活动度分别为5.69°、2.28°、3.41°和1.29°,终板大应力分布规律与前人研究结果一致.用六面体单元划分网格的精细有限元模型可兼顾模型的计算效率及精度,所建模型符合腰椎一般生物力学特点,可用于模拟生物力学实验及对脊柱生物力学的进一步研究.
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基于灰度积分投影与模糊C均值聚类的肺实质分割
提出一种基于灰度积分投影与模糊C均值聚类的肺实质分割算法,用于CT图像的快速自动分割.首先,对原始肺部CT图像分别在水平和垂直方向上进行灰度积分投影;然后,选用平滑样条曲线拟合平滑原始图像的积分投影曲线,并提取拟合平滑前后曲线的极大值点,确定肺实质初始边界;后,利用模糊C均值聚类算法对边界内区域进行分割,结合滚动小球法修复边界区域,获得肺实质区域.选取LIDC(肺部图像数据库联盟)数据库中20组图像(平均每组图像包含120幅CT图像)进行实验,平均分割精度为95.66％,平均每幅图像花费时间为0.77s.实验结果表明,该方法可以用于CT图像肺实质分割,具有全自动、高精度、鲁棒性等特点.
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基于CT图像的活体人颅骨几何特征的研究
本研究利用活体人头颅CT图像,通过自编程序对图像进行分割与二值化、图像去噪、图像纠偏、边缘提取等处理后,实现了对颅骨几何特征的自动、准确测量.在对3000例(男女各1500)活体人头颅CT图像进行测量后,得到前额骨、顶骨和枕骨厚度以及颅骨宽度和前后长度均值.统计分析表明,男性的颅骨厚度均值小于女性,而颅骨宽度和长度的均值则大于女性;且对于不同的年龄,颅骨厚度、宽度及长度的差异性是显著的.该测量结果在解剖学、临床医学、生物力学和头部损伤分析等领域有着广泛的应用价值.
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肺部CT图像气管树分割技术研究进展
肺部气管是人体与外界进行气体交换的唯一通路;其解剖结构信息可用于诊断呼吸系统疾病.计算机断层扫描技术(CT)是检测呼吸系统疾病的主要手段,但因就诊人数多、图像数据量大等因素;导致人工阅片费时费力.而肺部气管树的自动提取与分割;是实现自动化定量分析与呼吸系统疾病辅助诊断的前提.首先对肺部气管树分割技术的背景及意义进行介绍;然后分析对比传统分割技术、基于管状结构检测的分割技术以及基于机器学习的分割技术所运用的研究方法和存在的问题.后指出提高肺部气管树分割效果;依赖于将气管分割技术与泄漏剔除技术相互结合;需要在尽可能分割出多数气管树分枝的基础上;消除分割结果中存在的伪气管区域.
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用邻域运算从CT图像中分割骨骼
阈值法是传统的从CT图像中分割骨骼的方法,但由于部分体积效应,这种方法难以分割骨骼的细小部分.本方法定义了邻域相关度的概念,用来描述体素在其26-邻域内与某种组织的相关程度.在文中,一种利用邻域运算的骨骼分割方法被提出,首先取一个较大的初始阈值,分割出骨骼体素,再选取一个下限阈值,灰度位于初始阈值和下限阈值间的体素被定义为模糊体素,用邻域运算计算每一个模糊体素对骨骼和对其它组织的邻域相关度,比较二者的加权值,以判断此体素可否转化为骨骼体素.循环搜索所有模糊体素,直到不能从模糊体素中转化出骨骼体素为止.这种方法能分割骨骼的细小部分,对初始阈值不敏感,具有良好的稳定性.
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基于JPEG技术的CT图像压缩方法的研究
CT图像在医学影像诊断中占有重要地位,CT图像压缩技术是PACS系统的重要组成部分.JPEG静止图像压缩标准目前已成为一种广泛应用的图像压缩技术.JPEG充分利用人眼的视觉特性,对DCT系数的低频系数进行细量化,而对高频系数进行粗量化,但未对图像的边缘特征进行特殊的处理.而图像的部分边缘特征又正是隐含于DCT高频系数中.文中从图像边缘信息的谱分析入手,通过理论推导及实例分析得到平直单边缘图像子块其DCT系数能量的分布规律,并以此为理论基础设计出JPEG中DCT系数量化表(Q表),实验结果表明该Q表对非平直边缘图象子块没有影响,而对含有平直边缘图像子块的边缘信息进行了有效的保持.
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牙颌组织三维数字化建模技术研究
研究目的 寻求基于CT图像重建牙颌组织数字化三维模型及可视化方法.方法 基于牙颌组织的螺旋CT图像,利用Mimics,Gomagic Studio软件分别对牙齿及牙周组织进行重建,并导入有限元分析软件进行模型验证.结果 建立了牙颌组织三维数字模型,包括牙齿、牙周模和牙槽骨.数字模型可输出用作CAD(计算机辅助设计)、RP(快速成型)及FEA(有限元分析)研究.结论 利用该方法建立的三维模型具有很好的视觉效果和数学求解能力;螺旋CT、Dicom标准的应用使数字模型的建立更为精确;Mimics软件、Geomagic Studio软件使牙齿及牙周组织三维模型的建立更为方便,并可以输出多种格式的数字化模型用于进一步研究.
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基于CT图像重建腰椎活动节段三维有限元模型及其应用
腰椎节段三维有限元模型既要求在视觉上与实际相似,又要求易于网格划分和数学求解.本文基于中国人体腰椎L4-5活动节段的系列二维截面CT图像,采用轮廓线的描述方式提取平面数据,通过将平面数据坐标进行三维化处理,获得腰椎节段的三维体数据,后直接利用ANSYS有限元分析软件,采用自底向上的建模方式重建腰椎节段的三维有限元模型,并利用该模型研究了L4/5腰椎间盘的生物力学行为.结果表明,该模型具有很好的视觉效果和数学求解能力.
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由CT图像进行肝脏曲面的B-样条三维重建
目的由二维CT图像重建肝脏三维模型,使医生能从各方向观察肝脏形状、病变情况,并可计算肝脏体积,可辅助医生进行临床诊断及手术规划.方法对肝脏CT扫描图像进行半自动轮廓数据点提取;再对所得数据进行平滑处理;后用双三次B-样条曲面重构肝脏曲面.结果对10余例患者的CT片进行肝脏三维重建,所得肝脏三维模型形状、体积计算精度均能满足诊断要求.结论本工作对诊断、教学及手术规划有重要意义.
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股骨上髁轴与股骨外旋截骨角度的相关性研究
目的：探讨股骨上髁轴与全膝置换术中股骨外旋截骨角度的相关性。方法收集2008年10月至2011年3月在上海瑞金医院骨科就诊患者64例（118个膝关节）。采用CT扫描结合Photoshop软件对股骨远端影像学图像处理，对性别、侧别、内髁选取点、不同年龄组进行后髁角测量和差异的统计学比较。并将术前测量的后髁角，与终进行手术的28个膝关节术中实际设置的股骨假体外旋进行相关性分析。结果不同性别、侧别、内髁选取点不同对后髁角并无影响，年龄组中80岁以上的右膝后髁角与70岁以下组有统计学差异（P＜0.05），但可能是由于样本量较小和个体差异值较大所引起；术中假体外旋角＝4.58＋0.05×术前后髁角，相关系数r＝0.057，决定系数R2＝0.0033，不能确认两者之间有必然的联系。结论对于骨关节炎患者，如仅依据后髁角决定股骨假体的旋转，容易造成误差，使用平衡间隙法进行截骨具有可行性。
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CT测量指导单侧椎弓根旁入路PVP治疗Kümmell病的疗效分析
目的 探讨术前通过CT图像测量穿刺参数完成术前规划,术中指导单侧椎弓根旁入路经皮椎体成形术(PVP)治疗Kümmell病的临床疗效.方法 回顾性分析自2012-01-2016-01行单侧椎弓根旁入路PVP治疗的26例Kümmell病,比较术前、术后3d及术后1年的VAS评分、ODI指数、KPS评分、伤椎Cobb角.结果 26例术后随访12～14个月,平均13个月.术后3d的VAS评分、ODI指数、KPS评分、伤椎Cobb角较术前明显改善,差异有统计学意义(P＜0.05).术后1年VAS评分、ODI指数、KPS评分较术后3d明显改善,差异有统计学意义(P＜0.05).术后1年伤椎Cobb角较术后3d有所丢失,但差异无统计学意义(P＞0.05).结论 通过CT测量穿刺参数完成术前规划,指导单侧椎弓根旁入路PVP治疗Kümmell病效果满意,可有效提高手术的安全性,减少辐射损伤.
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非融合棘突间撑开器治疗腰椎早期退变性腰痛的三维有限元分析
目的 建立非融合棘突间撑开器(IPD)及腰椎L4、5节段有限元模型,对撑开器植入前后力学环境进行研究.方法 腰椎行CT扫描,根据CT生成实体模型,与撑开器模型一起导入PATRAN生成有限元模型,施加中立位及后伸负荷分析椎间盘受力.结果 中立位负荷时IPD受力小;后伸时IPD可分担椎间盘负荷,但L5椎弓根负荷增大.结论 基于CT及CAD可建立非融合棘突问撑开器及腰椎的有限元模型,棘突间撵开器可分担后伸时椎间盘的负荷,但可能会增加L5椎弓根崩裂的危险.
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股骨上段有限元几何模型的建立与分析
目的 建立股骨骨结构三维有限元模型并对其进行分析以指导临床工作.方法 在Mimics10.1中直接读取符合Dicom 3.0标准的股骨原始CT数据,经阈值设定、区域增长及形态学操作等生成股骨初始3D模型,后期结合有限元软件ANSYS12.1生成终的三维有限元网格模型,然后在ANSYS12.1中分别对应用Mimics得到的模型进行分析.结果 应用Mimics10.1和Ansys12.1软件建立股骨有限元模型,外形逼真、计算精确.结论 Mimics10.1软件能直接与Ansys12.1软件进行对接,并能根据CT值直接赋值使股骨上段三维有限元模型的建立更加快捷、精确.
关键词： 股骨上段 有限元模型 CT图像 Mimics10.1软件 -
乳腺癌保乳术后基于体表标记和触诊范围以及CT图像显示腺体勾画全乳靶区的比较
目的 对比基于体表标记和触诊范围以及CT图像显示腺体勾画全乳临床靶区(CTV)的差异,探讨全乳CTV勾画的合理方法.方法 选择15例乳腺癌保乳术后放疗的患者,在三维CT模拟定位扫描图像上,分别基于体表标记所界定乳腺解剖范围、触诊范围所界定乳腺解剖范围和CT图像显示腺体范围勾画全乳CTV,并分别定义为CTVan、CTVpa和CTVgl,比较3种方法所勾画全乳CTV的体积大小、相互包含度(DI)和适形指数(CI).结果 CTVan的体积为(792.23 ± 282.25) cm3,CTVpa的体积为(618.33 ±295.90)cm3,CTVgl的体积为(196.83±117.62)cm3,3组间差异有统计学意义(P ＜0.001),CTVan和CTVpa间的差异无统计学意义(P=0.080),而CTVan与CTVgl间、CTVpa与CTVgl间的差异则均有统计学意义(均P＜0.001).CTVan与CTVpa的CI为0.644±0.122,明显大于CTVan与CTVgl以及CTVpa与CTVgl的CI(分别为0.264±0.108和0.328±0.115,均P＜0.001).CTVpa对CTVan的DI为0.890±0.080,CTVan对CTVpa的DI为0.709±0.144,CTVgl对CTVan的DI为0.994±0.005,CTVgl对CTVpa的DI分别为0.989±0.008.CTVpa与CTVan的内界、外界、上界和下界的差值分别为(3.35 ±7.23) mm、(5.57±13.37) mm、(1.75±11.62) mm和(11.25±4.07) mm,而且上界与内界的差值与CTVpa的体积呈负相关(均P＜0.05).结论 基于体表标记和触诊范围以及CT图像显示腺体勾画的全乳CTV的差异有统计学意义,其中基于CT显示的腺体勾画的CTV明显小于另外两个靶区.基于触诊范围所界定乳腺范围并参考体表解剖标记进行全乳CTV的勾画是相对合理的.
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