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心脏及兴趣区域的四维可视化系统研究与实现

作　者: 任国印
导　师: 吕晓琪
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 四维可视化感兴趣区域感兴趣体积线性八叉树心肌及心血管系统
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着影像学诊断技术的不断进步，四维无创诊疗方法对心脏及局部血管的运动过程进行四维动态仿真，能够真实清晰地再现病人心脏及冠状动脉的运动过程。其中局部感兴趣区域的可视化可以直观显示心脏局部血管狭窄的情况，还原局部冠状动脉运动规律和立体结构，动态地观察局部冠状动脉是否为粥样硬化引起的管腔狭窄，准确地定位硬化血管位置，排除与冠心病病症类似的其他疾病。传统冠心病诊疗方法的局限性使冠心病的诊断经常产生误诊，误诊或漏诊的主要原因是诊疗医师对类似冠心病的病症不能准确排除所致。而传统的心电图检查只能反映心脏电兴奋过程，不能实时反映心脏搏动功能以及局部冠状动脉粥样硬化或心肌缺血，在确诊冠心病上有一定局限性。为了克服二维医学图像和三维重建不能实时、多方位和多角度地观察心脏运动形态的不足，提出一种全新的四维仿真解决方案来实现心肌及心血管系统的三维动态显示。通过多排螺旋CT的回顾性心电门控技术可以获得连续时段的心脏图像数据集。在VR（volume rendering）建模基础上附加时间分辨率实现心脏多时相数据集的四维动态显示。实验完成了心脏的四维显示及局部心血管系统的四维可视化。通过结果发现四维容积重现适合还原心肌运动形态，为医生提供逼真的四维视觉体验，在算法中借助线性八叉树原理将感兴趣体积VOI（Volume of Interest）离散成体素，利用感兴趣体积内、外体素序列的标志位，寻找并获得感兴趣体积的体素集合，初步实验结果表明结合八叉树算法缩短了预处理计算梯度的时间，节省了梯度存储所需的空间。除此之外通过64排螺旋CT（MDCT，multi–detector row computed tomography）的回顾性心电门控技术获得连续时段的心脏图像数据集，结合容积重现（VR，volumerendering）技术生成多时相心脏三维体数据集，从而获取这些三维数据集的最大密度投影(MIP，maximum-intensity projection)，最后为VR和MIP附加时间分辨率实现心脏多时相数据集的读取和四维动态显示。调节四维容积重现和最大密度投影（MIP）的局部感兴趣区域不透明度能够突出MIP成像中局部心血管特征，清晰的显示心血管系统的动态四维图像。心脏四维仿真系统能够帮助医生对心血管疾病快速地做出临床决策。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
引言  9-11
1 绪论  11-16
  1.1 课题研究背景及意义  11
  1.2 四维可视化在国内外研究的现状  11-14
    1.2.1 四维可视化在国内的发展  12
    1.2.2 四维可视化在国外的应用  12-14
  1.3 论文主要工作内容  14-16
2 可视化相关技术介绍  16-30
  2.1 医学图像可视化  16-17
  2.2 OpenGL 的概述  17-20
    2.2.1 OpenGL 基本操作  17
    2.2.2 OpenGL 的坐标变换及显示流程  17-19
    2.2.3 OpenGL 的光照处理  19-20
  2.3 QT 概述  20-22
    2.3.1 QT 库的功能  20
    2.3.2 QT 的信号/槽机制  20-22
  2.4 三维重建算法概述  22-24
    2.4.1 RC 算法  22-23
    2.4.2 MC 算法  23-24
  2.5 空间分割算法概述  24-29
    2.5.1 八叉树算法的基本原理  25-26
    2.5.2 八叉树的存贮结构  26-28
    2.5.3 八叉树及其编码方案的分析研究  28-29
  2.6 本章小结  29-30
3 MSCT 在心脏重建中的应用  30-38
  3.1 心脏搏动周期和心电图的获取  30-31
  3.2 心电门控技术  31-34
    3.2.1 回顾性心电门控节段数据图像重建原理  31
    3.2.2 回顾性心电门控节段数据图像重建  31-32
    3.2.3 回顾性心电门控重建时间窗的选择  32-33
    3.2.4 回顾性心电门控重建的优缺点  33-34
  3.3 心电触发技术  34-37
    3.3.1 前瞻性心电门控原理  35
    3.3.2 前瞻性心电门控图像重建  35
    3.3.3 触发扫描延迟时间  35-36
    3.3.4 前瞻性门控的优缺点  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 心脏的四维可视化  38-48
  4.1 心脏 CT 数据的采集方法  38-39
  4.2 心脏的四维可视化  39
  4.3 四维心脏 VR 的实现  39-41
  4.4 四维心脏最大密度投影  41-42
  4.5 四维可视化效果  42-47
    4.5.1 四维心脏容积重现仿真结果  42-43
    4.5.2 四维可视化效果分析  43-44
    4.5.3 心脏 MIP 显示效果图  44-47
  4.6 本章小结  47-48
5 感兴趣区域及感兴趣体积四维可视化  48-65
  5.1 局部冠状动脉的仿真  48-51
    5.1.1 获取感兴趣区域  48-50
    5.1.2 实施过程  50-51
    5.1.3 获取结果  51
  5.2 感兴趣体积提取  51-64
    5.2.1 感兴趣体积提取原理分析  52-55
    5.2.2 局部感兴趣体积四维可视化的步骤  55-56
    5.2.3 模型体素化  56-58
    5.2.4 网格化投影面中选择区域的提取  58
    5.2.5 最小外接矩形的网格扩充  58-59
    5.2.6 寻找感兴趣区域内的所有面元  59-60
    5.2.7 对三角面片进行八叉树编码  60-61
    5.2.8 实现四维数据的一次性提取  61
    5.2.9 感兴趣体素集合的提取和显示  61-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-72
在学研究成果  72-73
致谢  73

心脏及兴趣区域的四维可视化系统研究与实现

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