基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法研究

探讨一种基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法,以减少在胸腹部的肿瘤放射治疗中由于呼吸等因素造成肿瘤位置动态位移而引起的治疗误差。使用由双摄像机组成的计算机视觉系统,实时匹配出标记物在左右两摄像机采集的图像中的具体坐标,依据双目成像的基本原理,计算出标记物在腹部表面的三维坐标值,结合时间参数,计算出该特征点三维坐标的变化情况,以此来完成对呼吸运动的实时跟踪。在目标跟踪过程中,使用鲁棒性强的SIFT(scale invariant feature transform)算法作为目标图像匹配的方法,并且在算法设计过程中,采用动态选择待匹配图像和局部搜索的策略。实验结果表明,目标图像匹配精确,减少了提取图像SIFT特征所需要的大量时间。在一个呼吸周期内,视觉测量的标记物的最大运动范围与实际测量值不超过0.2 cm,且能够做到实时性计算。该模型的运行精度高,能够较好地实时跟踪人体的呼吸运动。     

耳蜗长度的无创伤性测量及其横断面的提取

针对耳蜗尺寸小、形状复杂的特点，给出了一种测量人类耳蜗长度的无创伤性测量方法。首先，使用三维窄带水平集算法从颞骨螺旋CT图像中分割出耳蜗。其次，采用自．动跟踪算法提取耳蜗底周质心。再次，采用人机交互的方法提取耳蜗中周、顶周部分的质心。最后，提取的耳蜗质心点之间使用Cardinal样条插值，得到光滑的耳蜗中心线，该中心线的长度即为所测耳蜗的长度。借助耳蜗中心线，还可实现沿耳蜗长度方向任一位置的垂直横断面的提取。该方法不仅可测量形状正常的耳蜗，对于耳蜗畸形的情况同样适用。应用颞骨螺旋CT数据测量的耳蜗长度与显微解剖测量结果进行了比较，无显著性差异。     

应用4D-CT进行肺通气功能三维分布的研究

目的探讨利用4D-CT获取肺通气功能三维分布的可行性。方法患者在自由呼吸状态下进行电影模式扫描,采集一个完整呼吸周期下的胸部CT图像,利用本研究开发的4D-CT重建软件系统获取4D-CT图像;再用三维变形图像配准算法,对4D-CT系列中相邻相位CT进行图像配准、获得从一个呼吸状态到另一个状态变化时肺部CT像素的三维位移矢量,量化分析此三维矢量,从而得到反映呼吸过程中肺部CT像素变化程度的灰度示意图,即通气功能强弱分布;最后,将此灰度图伪彩化并与参考CT图像进行融合,再行冠状位、矢状重建。结果利用三维变形图像配准算法,从4D-CT中获取了任意横断位、冠状位和矢状位的肺通气分布,即肺通气功能的三维分布。结论用4D-CT获取肺通气功能三维分布完全可行。     

基于双目视觉的呼吸运动实时跟踪方法研究

探讨一种基于双目视觉实时监测和跟踪人体的呼吸运动情况,减少肿瘤靶区组织因呼吸等运动产生位移而引起的治疗误差,以实现在放疗过程中减少呼吸运动对精确放疗产生的影响。采用放置治疗床上方的双摄像机,实时采集带有标记物的图片传送给计算机,使用余弦算法对放置胸腹体表的标记物进行特征识别,对视差信息进行图片匹配,采用双目视觉和小孔成像原理计算标记物三维坐标,通过监测标记物随时间变化的具体坐标可获取标记物是否因呼吸等运动产生位移。实验中,实时测量9个标记物的三维坐标。实验结果表明,9个体表标记物的测量值与实际值之间的平均误差小于±1 mm,其标准误差值小于0.12 mm,且计算一次9个标记物三维坐标需要35 ms。基于双目视觉的呼吸运动跟踪是一种高精度、良好实时性与稳定性的跟踪方法,可以减少呼吸运动对精确放疗产生的影响。     

基于数学形态学的CT图像肝脏肿瘤提取研究

目的 肝脏肿瘤的提取是肝脏三维可视化、手术规划和模拟的基础,而当前肿瘤分割存在干预过多和分割效果不佳的问题.方法 本文通过对腹部CT图像进行高斯平滑以去除图像噪声和细密纹理,计算出图像的形态学梯度并用高、低帽变换进行增强,再根据用户选择点计算内部和外部标记符,然后基于控制标记符的分水岭算法分割图像,提取出腹部CT图像中的病变组织.结果 实验结果表明,该算法能够在较少的人工干预下快速分割出肝脏病变组织.结论 该算法实现了腹部CT图像中肝脏病变组织的提取.     

Segmentation of liver tumors for CT images based on mathematical morphology

目的 肝脏肿瘤的提取是肝脏三维可视化、手术规划和模拟的基础,而当前肿瘤分割存在干预过多和分割效果不佳的问题.方法 本文通过对腹部CT图像进行高斯平滑以去除图像噪声和细密纹理,计算出图像的形态学梯度并用高、低帽变换进行增强,再根据用户选择点计算内部和外部标记符,然后基于控制标记符的分水岭算法分割图像,提取出腹部CT图像中的病变组织.结果 实验结果表明,该算法能够在较少的人工干预下快速分割出肝脏病变组织.结论 该算法实现了腹部CT图像中肝脏病变组织的提取.     

HCT图像中骨小梁结构的三维重建

本文研究人体CT图像中腰椎松质骨骨小梁数据集的获取、分割及三维重建的技术方法.利用高速螺旋CT(HCT)技术和图像数码转换技术,获取了人体腰椎松质骨CT连续图像数据集,将切片图像输入二维图像处理软件进行分割,提取感兴趣区域后输入三维重建软件进行三维重建与定性分析.重建后的松质骨三维立体图像呈均匀、致密的立体网状结构,骨小梁连接清晰可见.提示利用现有软件和技术可重建松质骨骨小梁三维立体图像和诊断骨质疏松.     

基于4D-CT和Mimics软件模拟分析肺癌肿瘤的呼吸运动规律

目的：利用Mimics10.01软件和4D-CT10个呼吸时相的肺部三维模型,研究肺部肿瘤的呼吸运动规律。方法：选择1例左上肺癌患者,在肿瘤上、中、下部植入3个金标,间隔为6 mm,4D-CT扫描相位排序后重建10个呼吸时相的CT图像。将10个时相的CT图像依次导入Mimics10.01软件中,采用阈值分割、区域生长的方法提取肺部区域,重建左右肺的三维模型。测量10个呼吸时相的左右肺体积和表面积;吸气末与呼气末时相之间左肺三维模型之间的偏差也进行了分析。在每个时相的CT图像上读取植入3个金标的位置坐标,求出金标在X、Y、Z方向上质心的坐标。结果：从吸气末到呼气末左、右肺体积的变化范围分别为12.8%和12.4%,左、右肺表面积的变化范围为6.6%和6.7%。3个金标的质心变化幅度在左右、头脚、前后方向分别为2 mm,1mm和2.7 mm。结论：利用4D-CT的图像和Mimics软件重建得出的肺模型可以方便地计算肺体积以及靶区的运动范围,有利于根据患者的靶区运动特征实现个体化治疗。     

全方向M型心动图中非功能运动的分离和修正

由于受到血液的冲击和周围肌肉的牵拉,B超探测到的心脏运动包含了功能性和非功能性两种运动,由此获得的心动波形图不能准确反映心脏的功能。首先采用改进的Canny算法并辅以改进的径向灰度搜索算法提取左心室短轴轮廓,然后使用基于傅里叶描述子的运动提取方法和质心主轴法获取心脏的非功能性运动,并从复合运动中剔除非功能性运动。基于该方法得到的心动曲线消除了心动波形图中的多线、偏移和被平滑等现象,经修正后的采样方向线能够跟随心脏特定结构的各方向平移,没有出现心动曲线随非功能运动位移和特征点失落等情况,可更准确地反映心脏结构特定部位的功能性运动。     

聚焦超声手术目标定位中的呼吸幅度测量

聚焦超声手术是一种非常有前途的微损伤手术技术.目标定位是决定手术成功与否的重要方面.在平静状态时,呼吸运动是影响手术目标定位的主要因素.为了分析呼吸幅度与目标运动之间的关系,研制了一套呼吸幅度测量系统.该系统主要包括呼吸幅度传感器、信号调理与放大电路、数据采集卡以及计算机等组成.该系统通过测量人体胸廓周径随呼吸运动的变化来获得呼吸幅度.同时,为了检验所研制系统的可行性,另外设计了一套系统,该系统通过医学超声图像计算膈随呼吸运动的位置变化来获得呼吸幅度.两套系统对处于平静呼吸状态的受试者进行了同步数据采集,经过对两套数据预处理并做互相关运算,得到互相关系数为0.9765;同时计算得到膈的最大运动范围为13.88mm,在正常范围内.上述结果表明了所研制的呼吸幅度测量系统是可行的.