基于4D-CT最大呼吸气相位图像获取三维肺通气的信息

背景：传统的肺功能成像技术存在诸多不便,利用4D-CT中蕴含的通气信息进行功能图像的快速提取对肺部疾病的诊断和治疗有非常重要的意义。 目的：探讨基于三维变形图像配准算法从4D-CT最大吸气相位和最大呼气相位图像中获取肺通气的三维分布的可行性。 方法：利用电影模式采集自由呼吸状态下的胸部CT图像并利用已开发的4D-CT软件进行四维重建,得到吸气末和呼气末双相位CT图像,依次进行肺组织分割、利用基于体积的变形图像配准算法进行三维图像配准、量化分析三维空间象素的位移矢量,最后得到通气度量图即肺功能区的三维分布图。 结果与结论：利用三维变形图像配准算法,实现了从4D-CT最大吸气相位和最大呼气相位图像中获取在任意横断位、冠状位和矢状位的肺通气分布。     

基于回归预测的肺4D-CT多相位配准

针对由于灰度不均和局部形变较大引起的肺4D-CT图像配准精度不足问题,提出基于回归的逐块预测初始形变的方法。新方法的核心思想是:配准一幅浮动图像至参考图像时,利用与浮动图像相对应的不同相位的图像信息进行形变场预测。首先,利用已有配准算法配准不同相位的图像至参考图像,得到各图像对应的形变场;再将图像和对应形变场分块作为训练集,利用多维支持向量回归机建立回归模型;将浮动图像分块输入回归模型中,预测出初始形变场,从而得到中间图像,并最终细化配准中间图像与参考图像。采用由德克萨斯安德森肿瘤中心DIR实验室采集并公开的数据集,评价所提出的算法。实验量化评价结果表明,与传统的Active Demons算法、Spectral Log-Demons算法相比,图像的均方误差平方和显著降低(Active Demons算法49.34±23.92,Spectral Log-Demons算法31.81±15.09,所提出算法18.97±5.75,P<0.05),相关系数显著提高(Active Demons算法0.952±0.022,Spectral Log-Demons算法0.967±0.015,所提出算法0.980±0.006,P<0.05)。同时,视觉评价结果显示,所提出算法能够获得更准确的配准图像。     

基于分块的肺4D-CT图像超分辨率重建

肺4D-CT在肺癌的治疗中,对于准确定位肿瘤靶区、实现个体化精确放疗具有重要的应用价值。由于放射剂量的限制,使得肺4D-CT图像分辨率较低。提出一种基于图像分块的超分辨率重建技术,提升肺4D-CT图像的分辨率。首先,将图像分解为一系列重叠图像块;其次,利用Active Demons配准算法,自适应选取若干幅与目标图像块对应结构相似的其他相位图像块,并估计出它们之间的运动变形场;而后,采用迭代反投影(IBP)算法,重建得到高分辨率的图像块;将得到的所有高分辨率图像块拼接后,最终输出完整的高分辨率肺4D-CT图像。利用由德克萨斯安德森肿瘤中心DIR实验室采集并开放的公共数据集评价所提出的算法,该数据集由10组肺4D-CT数据组成,每组数据包含10个相位。从每组数据中,选取不同相位图像进行实验。量化评价结果表明,所提出的方法相比反投影(BP)算法、全局迭代背投影算法,图像平均梯度显著提高(反投影算法7.65±0.44,全局迭代背投影算法7.92±0.43,本算法8.92±0.50,P<0.001)。视觉评价结果同时显示,所提出的方法能够有效消除伪影,得到结构显著增强、清晰度更高的肺4D-CT图像。     

解剖图像与功能图像配准技术研究进展

当前,医学图像配准技术成为了医学图像处理技术研究的一项热点,也由于其各方面情况以及需要标明的东西繁多而复杂,使得图像配准技术在医学图像处理技术中难以前行。而医学图像配准技术又分为解剖图像和功能图像配准技术两个大的研究方向。本文对医学解剖图像与功能图像配准两种技术进行了详细的阐述,包括其操作时的主要方法,讨论在实际的操作中它们所存在的问题,通过比较分析出在解剖图像与功能图像配准两个方面上具体使用的配准方法,并就两种技术未来的发展方向提出自己一些浅薄的建议。     

三维图像重建的免配准图像输入

穴位解剖的计算机三维图像重建是建立在二维图像叠加的基础上的,因此二维图像的质量好坏直接关系到三维图像重建的结果.二维图像的质量包括以下两个方面:图像清晰度和图像几何位置.二维图像清晰度对三维图像重建后图像质量的影响主要体现在图像的清晰度上,而二维图像的几何位置对三维图像重建的影响则要体现在多方面上.如果我们把三维图像定义在(x,y,z)的三维空间,而二维图像则定义在(x,y)的二维空间,那么由二维图像重建为三维图像就需要建立空间坐标z的数据.为了使三维图像z方向的数据能准确地通过相邻二维图像之间的关系而获得,就必须使各层二维图像都能在几何上有统一的标准.这些标准包括:(1)要有标准的x,y方向归一化尺寸;(2)要有统一的几何中心;(3)要使每一幅二维图像的x轴和y     

218例健康大学生肺通气功能的测定

本文对218例健康大学生进行了肺通气功能测定。根据测定的功能曲线,分别求出VC、VC％、MVV、MVV％、FVC、FEV_1、FEV_1％、MMF、FEF_(75-85%)、V_(87.5)、V_(75)、V_(50)、V_(25)、V_(12.5)和V_(50)/V_(25)等15项指标的均值,采用医学百科全书统计学软件,在AST~(486)型微机上进行多因素统计分析,建立有关指标的正常预计的回归方程,为探索大学生肺功能正常值范围及其影响因素提供有益的依据。     

基于4D-CT研究随呼吸运动靶区的剂量分布规律

目的:基于4D-CT探讨随呼吸运动靶区的受照剂量分布特征及进行个体化精确放疗计划设计方法。材料和方法:患者在自由呼吸状态下进行多床位Cine模式扫描,每个床位Cine扫描持续时间约4s～6s。扫描后,用研究开发的4D-CT图像重建系统对所得图像进行4D-CT、最大密度投影(MIP)和平均密度投影(AIP)重建,生成多相位4D-CT、MIP和AIPCT。将重建图像传入放疗计划系统中,分别以呼气末相4D-CT、AIPCT和MIPCT图像作为基准图像,其它相位4D-CT作为融合图像进行图像配准,在基准图像上勾画靶区并进行放疗计划设计,比较基准图像和融合图像中靶区的剂量分布。结果:当肿瘤靶区位于肺尖时,呼气末相和吸气末相4D-CT中靶区的剂量分布无明显差异;靶区在肺中部和腹部时,在呼气末相4D-CT上设计的放疗计划,其剂量分布不能很好地覆盖吸气末相时的靶区,可能导致靶区漏照射;在MIP和AIPCT上设计的放疗计划,其剂量分布能较好地覆盖呼气末相/吸气末相时的靶区。结论:基于4D-CT能直观地得到不同呼吸相位时靶区的剂量分布,利用MIP和AIPCT可快速实现运动靶区的个体化精确放疗计划设计。     

核素肺通气/灌注显像的分区定量计算

肺通气平面显像(V)与肺灌注平面显像(Q)的结合有利于肺部栓塞的诊断,但肉眼视觉对肺通气与灌注(V/Q)图像的诊断是主观的、定性的,为此,我们提出了一种定量分析的方法;在肺通气与灌注图像配准研究中,通过图像处理实现了图像配准和(V/Q)比值图的生成;利用该方法对16例正常人肺通气(V)和灌注(Q)数据进行处理,得到肺模板和标准分区,生成了正常人对照组数据库并进行了初步的临床应用.     

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。     

基于相邻图像最相似原理的4D-CT图像重建研究

目的:基于"相邻图像最相似原理"实现周期运动靶区的4D-CT重建.方法:用16排螺旋CT机对自由呼吸状态下的胸腹肿瘤患者进行螺旋扫描和电影(Cine)模式扫描;用VC++程序设计语言和VIK工具包,开发了基于"相邻图像最相似原理"的4D-CT重建软件系统;根据相邻图像互信息量的计算(即相似性测度),把Cine模式扫描的CT图像按相位进行了排序,并分别对不同相位的CT图像序列进行三维重建.结果:不同相位CT序列的三维重建明显地消除了运动伪影,与静态扫描重建结果相近.随时间变化的多个相位的3D-CT构成了4D-CT序列.结论:基于"相邻图像最相似原理"能在普通CT上实现4D-CT重建,其重建过程不依赖于外在的呼吸监测装置、不受CT机本身的软硬件限制具有普遍适用性.     

Four-Dimensional Computerized Tomography （4D-CT） Reconstruction Based on the Similarity Measure of Spatial Adjacent Images

Objective：To investigate the feasibility of a 4D-CT reconstruction method based on the similarity principle of spatial adjacent images and mutual information measure. Methods：A motor driven sinusoidal motion platform made in house was used to create one-dimensional periodical motion that was along the longitudinal axis of the CT couch. The amplitude of sinusoidal motion was set to an amplitude of ±1 cm. The period of the motion was adjustable and set to 3.5 s. Phantom objects of two eggs were placed in a Styrofoam block, which in turn were placed on the motion platform. These objects were used to simulate volumes of interest Undergoing ideal periodic motion. CT data of static phantom were acquired using a multi-slice general electric （GE） LightSpeed 16-slice CT scanner in an axial mode. And the CT data of periodical motion phantom were acquired in an axial and cine-mode scan. A software program was developed by using VC ＋ ＋ and VTK software tools to resort the CT data and reconstruct the 4D-CT. Then all of the CT data with same phase were sorted by the program into the same series based on the similarity principle of spatial adjacent images and mutual information measure among them, and 3D reconstruction of different phase CT data were completed by using the software. Results：All of the CT data were sorted accurately into different series based on the similarity principle of spatial adjacent images and mutual information measures among them. Compared with the unsorted CT data, the motion artifacts in the 3 D reconstruction of sorted CT data were re- duced significantly, and all of the sorted CT series result in a 4D-CT that reflected the characteristic of the periodical motion phantom. Conclusion：Time-resolved 4D-CT reconstruction can be implemented with any general multi-slice CT scanners based on the similarity principle of spatial adjacent images and mutual information measure. The process of the 4D-CT data acquisition and reconstruction were not restricted to the hardware or software of the C     

基于CUDA的2D、3D刚性配准方法

目的:实时医学图像配准技术是外科手术导航系统的关键技术之一。在医学图像分析中,图像配准通常是一个非常耗时的操作,不利于临床实时性需求,本文研究实现了图像配准过程的加速。方法:为了提高配准速度,本文提出了一种基于CUDA(compute unified device architecture)编程模型的硬件加速配准新技术,采用并行的方法实现像素的坐标变换,线性插值,同时计算对应像素的灰度值残差。结果:配准误差为亚像素级别,配准速度要比基于CPU的配准快几十甚至上百倍。结论:该方法在保持配准精度不变的前提下,大大提高了刚性配准的速度。     

基于单幅X线图像和CT数据的2D/3D配准系统

目的建立基于统一计算架构(CUDA)下以单幅X线图像及CT扫描数据为数据源的2D/3D配准系统,并应用于膝关节在体运动及植入假体稳定性研究。方法首先应用张正友标定法对采集X线图像设备进行标定;其次基于CUDA构架利用光线跟踪算法生成数字影像重建图像,以相关性函数为相似性测度计算2D/3D配准参数;最后以三维激光扫描仪所获得的点云数据进行3D/3D配准,以验证2D/3D配准结果。结果以标本整体位置变换进行配准实验,6自由度平均误差中,位移小于1mm,旋转小于1°。结论此2D/3D配准系统达到了运动检测精度的要求,可以作为研究膝关节运动情况和假体在体稳定性研究的计算平台。     

基于投影图像和CT容积图像的三维冠状动脉运动跟踪新方法

目的利用双平面X射线投影图像序列和参考CT容积图像进行冠状动脉的三维运动跟踪建模。方法①提取投影图像序列中的冠状动脉树;②利用多尺度滤波和血管函数提取CT容积图像中的动脉血管;③采用基于B样条配准的方法进行三维运动建模。结果将双投影图像中血管的运动估计结果的三维重建形态与三维运动模型预测出的结果进行了量化比较,调整配准的B样条参数后,两者误差处于有效范围之内。结论由此表明采用投影图像和对应容积图像的联合先验知识进行冠状动脉的三维运动建模是有效的。     

基于三维打印技术的多药控释型载药人工骨生物学评价

目的 评价三维打印技术制备的多药控释型载药人工骨的生物相容性.方法 利用三维打印技术制备多药控释型载药人工骨,并进行急性毒性试验、热源试验、皮肤刺激试验、溶血试验、微核试验和肌肉埋植试验等检测评价其生物相容性.结果 该多药控释型载药人工骨无全身急性毒性反应、无热源效应;皮肤刺激实验局部皮肤未见红斑、水肿反应;溶血率为0.29%,有良好的血液相容性;微核实验未见致突变现象.无细胞遗传毒性作用;肌肉埋植实验未见局部组织变性、坏死或排斥现象.结论 三维打印技术制备的多药控释型载药人工骨具有良好的生物相容性,符合医用生物材料的性能要求.Abstract：Objective To evaluate the biocompatibility of porous drug implant scaffolds prepared by 3D printing technique. Methods Porous drug implant scaffolds were fabricated by 3D printing technique, and a series of tests were carried out to validate the biocompatibility, including acute systemic toxicity, hot source test, local irritation reaction, micronucleus test, muscle implant test and so on. Results The porous drug implant scaffolds showed no acute systemic toxicity, no pyrogenetic effect, no local erythema and edema in local irritation re-action, hemolysis rate of 0.29%, no cellular genetoxic. No local tissue denaturation, necrosis and exclusion were found in intramuscular implant test. Conclusion With good biocompatibility, the porous drug implant scaffold fabricated by 3D printing technique can meet the clinical requirement for biomaterial.     

基于改进SLNC的2D-3D医学图像配准

介绍了一种基于改进SLNC(sum of local normalized correlation,SLNC)的2D-3D医学图像配准方法。首先对CT体积数据进行三线性插值,得到各向分辨率相同的体积数据,采用光线跟踪算法对其进行数字图像重建。针对不同位置和方向的重建图像,在灰度级压缩的基础上,用改进SLNC函数评价其与X线透视图像的相似性,利用与Brent相结合的Powell优化方法,搜索出相似性最大时的投影变换参数。将此方法用于移动数字X线投影设备——Biplanar 500采集的X线透视图像与相应CT体积数据的配准实验,得到较好的2D-3D图像配准效果。     

CAPS评分对急性加重期慢性阻塞性肺疾病并无创通气患者远期预后评估

目的：探讨慢性阻塞性肺疾病和支气管哮喘生理评分(the COPD and asthma physiology score, CAPS)对慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)并无创通气患者远期预后的评估效果。方法：以2014年6月至2015年10月在我院接受无创通气的AECOPD患者为观察对象,并根据其CAPS评分将其分为CAPS≥35组和CAPS<35组。比较不同CAPS评分患者出院时炎症细胞因子水平、肺功能和出院后1个月生活质量的差异。结果：CAPS≥35的患者出院时的CRP和IL-6等炎症细胞因子指标明显高于CAPS<35组患者,差异具有统计学意义(P<0.05);出院时CAPS<35的患者肺功能指标明显优于CAPS≥35组,差异具有统计学意义(P<0.05);治疗前,CAPS≥35组和CAPS<35组患者的生活质量各维度得分无明显差别,出院1个月时的调查结果显示：两组患者的生活质量均较治疗前增高,且CAPS<35组患者生活质量提高更明显(P<0.05)。结论：CAPS评分对AECOPD并无创通气患者的远期预后有较好的评估价值：CAPS评分高的患者病死率较高,预后较差。     

基于"中国数字人"切片和CT数据重建下颌骨的对比研究

目的：探索快速重建人体下颌骨三维模型的方法，比较常用CT资料重建与切片资料重建骨组织的优劣差异。方法：获得虚拟人数据集，并取虚拟人数据中下颌骨部分的切片资料和CT资料分别进行软件的三维重建。结果：利用切片资料建立了较之CT资料更为精细准确的人体下颌骨三维模型。结论：采用应用软件重建方法快速可行，而且利用虚拟人的切片数据建立了高度精确的下颌骨三维模型。     

基于TLR4介导的炎症通路探讨利拉鲁肽对糖尿病大鼠心肌的保护机制

目的 基于Toll样受体4(TLR4)介导的炎症通路研究利拉鲁肽对糖尿病大鼠心肌的保护机制.方法 36只SD大鼠随机分为对照组、糖尿病组、干预组,每组12只,糖尿病组和干预组腹腔注射60 mg/kg链脲佐菌素(STZ)溶液以制备糖尿病大鼠模型,造模成功后干预组给予200 μg·kg1·d-1利拉鲁肽腹腔注射,糖尿病组和...