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基于双平面正交X射线片的长骨骨干三维重建方法研究

作　者: 魏运齐
导　师: 孙金玮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: X射线片双平面投影边缘检测直接线性变换三维重建
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

X射线具有穿透性、感光性和荧光效应,人体组织在密度和厚度方面不相同。当X射线透过不同组织结构时,被吸收的程度便会不同,所以投射到达荧屏或胶片上的X射线量有差异。这样,在荧屏或X光片上就形成黑白对比不同的影像。本文以两张正交投影的X射线片为原始信息,从计算机图形学的角度出发,利用核心的三维重建算法,重建出股骨骨干的三维模型。它可以反映长骨骨折患处的基本信息,克服了在传统X射线成像中的弊端。在查阅了大量中外文献的基础上,合理地对长骨模型进行简化处理。从理论上,本文依据直接线性变换法反求三维重建点。在此之前,必须要取得良好的校验数据,以保证解算结果的精度。另外,整个重建方法的输入是二维图像上的轮廓数据点。这样,就必须将X射线片中股骨的轮廓数据提取出来。选用合适的图像分割算法,并结合现有的边缘检测方法,得到良好的边缘检测结果,以便于将二维图像中的轮廓数据提取并保存。股骨的两幅正交X射线片的边缘检测结果和轮廓数据,证明了本文边缘检测方案的有效性和便利性。进而,在遵照直接线性变换算法校准点的布局原则的前提下,根据点到平面上的投影原理,得到了双平面正交和非正交两种情况下的校准数据。这为重构股骨骨干在这两种情况下的三维模型打下了基础。在软件(MATLAB)环境下,仿真的结果表明,该方法以直接线性变换(DLT)算法为核心,利用两张正交投影的股骨X射线片,确实完成股骨骨干部分的三维模型重建。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 基于双平面投影的三维重建的研究背景及意义  9-11
    1.1.1 医学图像三维重建背景及意义  9-10
    1.1.2 双平面投影的三维重建背景及意义  10-11
  1.2 国内外三维重建研究现状与发展趋势  11-14
    1.2.1 医学影像三维重建研究现状  11-13
    1.2.2 双平面投影的三维重建技术发展趋势  13-14
  1.3 论文研究主要内容  14
  1.4 论文的章节安排  14-16
第2章图像边缘检测与轮廓识别  16-38
  2.1 图像分割  16-18
    2.1.1 图像分割方法分类  16-17
    2.1.2 区域信息嵌入式联合分割  17-18
  2.2 边缘检测  18-21
    2.2.1 边缘检测定义及步骤  18-19
    2.2.2 边缘检测技术  19-20
    2.2.3 边缘检测算法评价方案和要求  20-21
  2.3 X 射线片的数字化和滤波  21-24
    2.3.1 二值图像与灰度图像  21-22
    2.3.2 中值滤波  22-24
    2.3.3 图像的极值处理  24
  2.4 图像的二值化处理  24-27
    2.4.1 基于阀值的图像二值化分割  24-25
    2.4.2 基于Otsu 阀值分割的图像二值化  25-27
  2.5 二值图的形态滤波  27-29
    2.5.1 形态学在边缘检测方面的应用  27-28
    2.5.2 开闭滤波器在边缘检测中的应用  28-29
  2.6 常规算子边缘检测法  29-35
    2.6.1 几种梯度边缘检测算子  29-30
    2.6.2 Canny 边缘检测算子  30-34
    2.6.3 二值图像的边缘检测  34-35
  2.7 二值边缘细化  35-36
  2.8 本章小结  36-38
第3章三维重建算法的研究  38-54
  3.1 三维数据场的科学计算可视化  38-39
  3.2 医学影像三维重建方法分类  39-42
    3.2.1 表面绘制  39-40
    3.2.2 体绘制  40-41
    3.2.3 等值分层显示法表示三维数据场  41-42
  3.3 基于直接线性变换的三维重建算法  42-47
    3.3.1 基于双平面投影的三维重建  42-43
    3.3.2 直接线性变换算法  43-46
    3.3.3 三维模型的重建方案  46
    3.3.4 基于直接线性变换的重建流程  46-47
  3.4 基本图形的生成与计算  47-52
    3.4.1 断截面散点图  47-48
    3.4.2 四边形断面的生成与多边形连接  48-49
    3.4.3 椭圆断面的生成与三角形连接  49-52
  3.5 股骨模板模型  52-53
  3.6 本章小结  53-54
第4章重建仿真及结果  54-65
  4.1 直接线性变换校准  54-57
    4.1.1 校准数据点布局  54-55
    4.1.2 双平面正交时的校准数据  55-56
    4.1.3 双平面非正交时的校准数据  56-57
  4.2 二维轮廓坐标的提取  57-59
    4.2.1 边缘检测处理获取轮廓线  57
    4.2.2 获取边缘数据  57-59
  4.3 重建实验及结果  59-62
    4.3.1 三维重建点的显示  59-60
    4.3.2 断面为四边形的骨干模型  60-61
    4.3.3 断面为椭圆的骨干模型  61-62
  4.4 仿真结果分析  62-63
  4.5 重建算法的评价  63-64
  4.6 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

基于双平面正交X射线片的长骨骨干三维重建方法研究

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