基于VTK的医学图像三维可视化系统

医学图像的三维可视化可以通过可视化工具包(VTK)提供的API实现。VTK是医学图像可视化的开法工具包,它把可视化的算法封装起来,利用简单的代码生成所需图形。基于VTK的医学图像三维可视化系统阐述了如何借助VTKAPI读入二维医学图像序列、操作二维图像、重建三维图像以及进行三维图像可视化的全套方案,为临床医生的诊断、治疗提供了有益的途径。     

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 Appler编程，利用数字签名解决Java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、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，尤其是冠状动脉的解剖 结构在临床上有很大参考价值。     

肿瘤快速旋转调强放疗摆位误差的测量与分析

目的:采用直线加速器机载的千伏级锥形束CT扫描技术对不同部位肿瘤患者的摆位误差进行探讨。方法:应用瓦里安RapidArc直线加速器治疗肿瘤患者180例,其中头颈部患者53例,胸部患者58例,盆腔患者69例。所有患者在首次放疗前行KV-CBCT扫描,以后每周扫描1次。将CBCT扫描图像和计划CT图像及其靶中心匹配,分析靶中心在x、y、z方向上的误差值及其误差分布情况,探讨我科CTV–PTV外放边界大小。结果:系统误差(均数)±随机误差(标准差)在平移误差Lateral左右(x)方向、Vertical背腹(y)方向、Longitudinal头脚(z)方向分别为头颈部x(0.55±0.79)mm,y(0.81±1.00)mm,z(1.21±1.12)mm;胸部x(1.13±1.26)mm,y(1.03±1.09)mm,z(2.12±2.15)mm;盆腔x(0.94±1.16)mm,y(0.87±1.08)mm,z(2.02±1.78)mm;绕y轴方向旋转(Rtn)误差分别为头颈部(0.39±0.48)°,胸部(0.47±0.54)°,盆腔(0.44±0.51)°。结论:CBCT可以减少分次治疗间的摆位误差,保证放疗摆位精度。     

CBCT引导下不同体位子宫肿瘤IMRT摆位误差及其外放边界

目的:研究在千伏级CBCT引导下,不同体位子宫肿瘤患者调强放射治疗中的摆位误差及靶区的外放边界。方法:采用医科达直线加速器机载影像系统对251例子宫肿瘤患者接受调强放射治疗前行CBCT扫描,其中仰卧位117例、俯卧位134例。系统自动重建图像并与治疗计划CT图像进行配准,获得俯卧位与仰卧位患者x、y、z方向摆位误差,并分别计算患者临床靶区到计划靶区(PTV)的外放边界。结果:所有患者共行3 128次扫描,俯卧位1 679次与仰卧位1 449次。x、y、z轴的误差均小于0.3 cm为981次,占31.36%;距离治疗等中心偏差距离小于0.3 cm为415次,占13.27%。考虑摆位误差方向时,俯卧位患者的x、y、z方向上摆位误差分别为(0.109 5±0.380 7)、(-0.035 1±0.569 2)、(0.075 1±0.285 2)cm;仰卧位患者的x、y、z方向上摆位误差分别为(0.001 1±0.303 4)、(0.118 4±0.583 0)、(0.033 2±0.248 0)cm。而考虑摆位误差大小时,俯卧位患者的x、y、z方向上摆位误差分别(0.300 8±0.257 7)、(0.442 8±0.359 2)、(0.227 1±0.188 2)cm;仰卧位患者的x、y、z方向上摆位误差分别为(0.229 3±0.198 6)、(0.470 2±0.364 4)、(0.183 2±0.170 3)cm。俯卧位患者PTV在x、y、z方向分别外放0.540、0.486、0.387 cm;仰卧位患者PTV在x、y、z方向分别外放0.215、0.704、0.257 cm。结论:子宫肿瘤患者仰卧位和俯卧位这两种体位的摆位误差有一定差异,以距离治疗等中心偏差距离小于0.3 cm作为摆位误差校准较适合;俯卧位患者的靶区在x、y、z方向分别外放0.540、0.486、0.387 cm;而仰卧位患者则外放0.215、0.704、0.257 cm。     

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.     

眼底图像的三维重建

根据简化眼模型和眼底照相机光学系统简化模型建立了眼底图像三维重建的数学模型,分析了正常眼和屈光异常眼眼底图像与真实眼底视网膜形状的关系,导出了眼底二维平面图像到三维曲面图像的映射关系,最后给出了对眼底图像进行三维重建的实例.眼底三维重建图像的最大视场取决于眼底照相机的最大视场角,该最大视场角限制了重建图像的视场大小和三维重建时z轴的取值范围.根据给出的三维重建映射公式对眼底图像的二维数据进行三维映射后,再进行纹理映射,即可绘出重建后的三维眼底图像.该方法利用现有二维成像设备提供患者眼底三维重建图像,可为眼科医生在临床诊断和治疗时提供有益的参考和帮助.     

体部肿瘤精确放疗摆位误差分析

目的:确定体部肿瘤精确放疗时的摆位误差。方法:使用电子射野影像系统EPID对28例体部肿瘤病人精确放疗时所拍摄的378幅射野图像与计划系统生成的数字重建放射片DRR进行比较,并对病人摆位的左右(x)和前后(y)及头脚(z)方向误差进行测量。结果:各方向摆位误差的分布均近似正态分布。胸部的摆位偏差主要发生在y、z方向,腹部和盆腔部的摆位偏差主要发生在x、z方向。结论:体位的随机误差大于系统误差,摆位所带来的偏差主要来源于随机误差。     

一种B超图像和探头空间相对位置的测试方法

目的：对于腹部肿瘤,为了更好地进行实时、精确的放疗,需要获得清晰的三维肿瘤图像。三维B超近来在临床诊断及图像引导的应用中,不断地被介绍。虽然有专门的三维B超探头,因为价格原因,我们仍然需要从二维B超中进行重建,得到三维B超图像。帮助放疗专家,在对病人实施放疗时,动态对病人的肿瘤放疗进行实时的、数字化监控和修正,达到精确放疗的效果。方法：直接利用国产B超,在探头上增加位置传感器,精确地测定了B超图像和探头之间的空间关系,对二维图像进行配准。结果：本文设计一种配准测试方法。在红外放疗跟踪系统上直接实现自由式三维B超。结论：采用本文描述的测试方法能够基于红外放疗跟踪系统得到实时精确的自由式三维B超图像,节约成本,取得了满意的应用结果。     

千伏级锥形束CT与兆伏级电子摄野影像系统在鼻咽癌影像引导放疗的对比研究

目的:分析千伏级锥形束CT与兆伏级电子射野影像系统用于测量鼻咽癌调强放射治疗的摆位误差,评价两种技术在鼻咽癌调强放疗摆位修正中的应用价值。方法:选取施行IMRT的鼻咽癌患者21例,于放疗实施前先进行EPID正侧位片的拍摄,再进行KV-CBCT的扫描。将EPID拍摄的正侧位片与数字重建射线影像(DRR)配准,得出x、y、z三个线性方向的摆位误差值,同时将扫描的CBCT图像与计划CT图像进行自动的骨性配准,得出x、y、z三个线性方向和绕x轴、y轴和z轴的三个旋转方向的摆位误差值;最终对EPID和CBCT获得的两组数据进行分析比较,分别计算摆位误差以及计划靶体积(planning target volume,PTV)边界;两种技术校正前后的结果进行配对t检验;两种技术的残余误差进行配对t检验结果。结果:CBCT组校正前x、y、z轴的MPTV分别是:3.30 mm、2.58 mm、2.99 mm,校正后分别是1.71 mm、1.71 mm、1.98 mm,t检验有统计学意义(P<0.05);EPID组校正前x、y、z轴的MPTV分别是:2.56 mm、4.02 mm、3.40 mm,校正后为校正前后各个方向0.9 mm、2.37 mm、4.23 mm,t检验有统计学意义(P<0.05)。CBCT与EPID残余误差的数据有统计学意义(P<0.05)。结论:与EPID相比较,CBCT在校正后能使MPTV缩小至2 mm,大大提高了放疗精度,通过残余误差的比较发现CBCT校正误差的能力优于EPID。     

三维医学图像(通用)处理系统研制成功

中国科学院电子学研究所科兴(合资)电子有限公司在首都医学院专家指导下,开发成功科兴医学图像系统(Cosine Medical Image Syatem)。该系统以与IBM AT机兼容的微型计算机(如CASPER系列286、386、486等)为主机,利用进口高可靠图像板和其他必要的外设,能够快速提取各种二维信息,定性、定量分析二维图像中细胞、血管等形态目标;快速重建三维模型,并可对模型在X、Y、Z方向以任意角度旋转或连续旋转。该系统简要硬件结构及软件功能如下。     

小波分析理论在图像重建中的应用

本文对小波分析理论在图像重建中的应用进行了具体分析 ,主要是用于二维图像重建的代数重建法 (ART)和滤波反投影 (FBP)法 ,并对小波分析理论与直接体积重建的结合问题作了一些展望     

小波分析理论在图像重建中的应用

本对小波分析理论在图像重建中的应用进行了具体分析，主要是用于二维图像重建的代数重建法（ART）和滤波反投影（FBP）法，并对小分析理论与直接体积重建的结合问题作了一些展望。     

当前图像重建研究中的几个热点

在当前的图像处理的研究中,图像重建是一个热点,其中研究方向又可归结以几个方面（１）利用时频约束去除重建前和重建后的噪声。（２）运动器官的断层像重建研究。（３）不完全投影数据下的重建。（４）直接体积重建及三维显示（５）非Ｘ线ＣＴ的研究。（６）并行计算ＣＴ的研究。本文对这几方面作了简要的概述。     

红外定位系统在精确放疗中的应用

目的:介绍红外定位系统(OPS)在精确放疗的摆位和验证中的应用。方法:在患者面膜或体膜上粘贴红外自动跟踪装置专用标记球4个,通过红外线探头探测标记球的位置,在x、y、z方向上移动治疗床,将病灶中心精确定位于加速器的等中心上。比较模拟定位时荧光球与实际治疗时荧光球的位置差异,测量x、y、z方向上的摆位误差。结果:用红外定位系统测量的摆位误差结果为:摆位误差在x、y、z方向上,头颈部肿瘤误差最小,盆腔、腹部肿瘤误差为1 mm~4 mm,主要发生在x、z方向,胸部肿瘤误差为2 mm~5 mm,主要发生在y、z方向。结论:红外定位系统能准确完成摆位与验证,与EPID相比使用更加方便、效率更高、更加适应临床需要。     

基于双平面正交投影X线成像系统的血管图像重建技术

基于双平面正交投影X线成像系统的血管图像的重建技术是一个典型而又有重要应用价值的极少数投影重建图像问题。本在介绍了由双平面正交投影重建出血管图像的基本原理的基础上，重点分析了通过在两个相互正交方向上的投影重建出血管的三维骨架(中轴线)和截面形状的研究方法与进展，并对有待解决的主要问题和今后的发展方向进行了讨论。     

基于双平面正交投影X线成像系统的血管图像重建技术

基于双平面正交投影X线成像系统的血管图像的重建技术是一个典型而又有重要应用价值的极少数投影重建图像问题。本文在介绍了由双平面正交投影重建出血管图像的基本原理的基础上,重点分析了通过在两个相互正交方向上的投影重建出血管的三维骨架(中轴线)和截面形状的研究方法与进展,并对有待解决的主要问题和今后的发展方向进行了讨论。     

基于CUDA的2D-3D医学图像快速配准

医学三维扫描体数据和二维图像配准在临床诊断、手术规划等领域应用广泛,特别是在手术导航时,三维扫描体数据和二维图像的结合既需要保证配准的精度,又要达到手术中即时应用的要求。本文提出一种混合几何和图像密度特征构成的相似度度量函数,对术前CT和术中X线图像进行快速的2D-3D配准,其实现方便、计算量小,同时计算精度可以满足正常的需要。另外,整个计算过程非常适合高度并行的数值计算,通过采用基于CUDA的硬件加速算法,能够达到手术中即时应用的要求。     

人体颅脑MRI图像中下颌骨的分割及三维建模

目的:在目前的影像医疗诊断中,仅凭观察二维CT、MRI图像是很难实现准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系的。本研究利用CT、MRI图像数据,帮助医生对病变体及其人体组织感兴趣的区域进行分割提取,用于医学图像的三维显示、三维重建。材料与方法:应用Mimics软件,对132层,层间距为1.0mm的MRI扫描图像进行图像去噪、分割和平滑等处理,最终创建三维模型。结果:建立了更为精确,应用更为广泛的下颌骨三维模型。结论:运用Mimics对MRI医学图像进行分割,重建三维模型,能全面显示病变的病理解剖改变,为临床治疗提供精细的影像学信息,从而使重建后的三维模型可清晰地再现病灶与周围组织的解剖关系,大大增强了医学图象分析系统的临床实用价值。     

基于深度监督全卷积神经网络的MRI脑图像语义分割算法

目的 依据临床诊断对MRI脑图像自动分割算法的需求,基于卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)设计了一种端到端的深度监督全卷积网络(deeply supervised fully convolutional network,DS-FCN)以解决脑图像中脑组织的自动分割问题。方法 针对三维MRI脑图像,先将体数据切割成二维图像切片,在FCN网络结构的基础上,加入了深度监督机制,即在特征提取的多层级结构中提前得到损失值反馈。结果 以三维MRI脑图像公开数据集LPBA-40为实验数据,56类脑组织的准确率(precision rate)、召回率(recall rate)、F1评估值分别为74. 40%、74. 82%、73. 75%,测试速率为152 ms。结论 通过引入深度监督结构,改进后的DS-FCN在MRI脑组织分割任务中得到了更精准的分割效果。     

磁场方式的内窥镜体内三维定位与追踪方法研究

本研究以磁场方式来测定内窥镜探头在人体内的三维位置及姿态角。根据三个互相正交的圆环线圈在其周围空间任意点产生的三维磁感应强度表达式 ,以及附着于内窥镜探头上的三个相互正交的磁场传感器在该磁场空间任意点以任意姿态感应磁场时所获得信号的表达式 ,建立以空间位置 (x ,y ,z) ,姿态角 (a ,b ,c)为未知数的六元非线性方程组。使用具有全局收敛特性的牛顿 拉夫森算法求解非线性方程组 ,由磁场传感器所获得的测量数据计算出对应的一组位置和姿态 (x ,y ,z ,a ,b,c) ,从而实现内窥镜探头的三维定位和跟踪