文档介绍：学位申请人虚拟大肠镜路径导航关键技术研究及辅助检查系统初步设计课题来源:广州市科技计划嗪牛专名称指导教师答辩委员会主席答辩委员会成员生物医学工程张煜副教授年月日广州业论文评阅人,态;南方医科大学级硕士学位论文狤厶
检查系统初步设计虚拟大肠镜路径导航关键技术研究及辅助硕士研究生:李云指导教师:张煜副教授摘要现代医学研究领域的快速发展,促进了各种人体图像信息采集设备不断出瑄、正电子发射计算机断层,、单光子发射计算机断层造影近年来,随着医学图像采集设备精度的不断提高,以及科学可视化技术的不断发展,虚拟内窥镜的发展也越来越快,成为虚拟现实技术发展最活跃的领域之了虚拟大肠镜路径导航关键技术,并构建了初步的虚拟大肠镜辅助检查系统。现,先后出现的计算机断层扫描,⒑舜殴舱癯上琈刚⑹盅9茉煊珼⒊ǔ上造影,等影像设备,为临床诊断提供了大量图像数据。与此同时,随着计算机图形学、虚拟现实技术等理论和技术的不断发展,医学虚拟内窥镜技术在数据上和技术上都有了充分的基础。一。虚拟内窥镜与传统光学物理内窥镜相比具有无痛苦、无穿刺风险、且适用不同患病程度人群的优点,目前主要应用于辅助诊断、制定手术计划、实现手术的准确定位以及医务人员的培训等。虚拟内窥镜的诊断范围主要是耳鼻喉、子宫、大肠等空腔器官,本文针对虚拟大肠镜辅助检查系统的开发,重点研究本文首先综述了虚拟大肠镜系统的结构和技术组成,在此基础上对虚拟大肠镜导航技术的三个关键性问题:虚拟大肠的可视化绘制,自动提取中心线和自动/交互式虚拟大肠镜导航技术进行了研究,最后结合这些关键技术构建了初硕士学位论文
虚拟大肠镜的检查过程是一个对大肠内部结构和病变的浏览标示过程,对大肠绘制方法的选择直接决定了大肠的诊断方式和过程,因此在虚拟大肠镜系制和体绘制两种绘制方式,在虚拟现实技术中常用魑Q芯亢涂7⒐ぞ摺诠δ苌现С指魇礁餮目墒踊惴ǎǎ罕炅俊⑾蛄俊⒄帕俊⑽评怼因此本文第二章首先介绍了幕咎匦裕⑾晗附樯芰似浼傻腗婊嬷品椒ê凸庀咄渡涮寤嬷扑惴ǎ詈笤谛槟獯蟪迪低持醒≡馰的面绘制方法实现全大肠及大肠局部观察的可视化绘制。路径法、拓扑细化法、水平集方法几种中心路径提取算法基础上,着重介绍了基于边界距离场珼淖畲蟠凵墒鞣ǖ闹行现平滑的路径导航,并提高中心路径生成速度,本文提出了基于闹行牡中文摘要步的虚拟大肠镜辅助检查系统。统的设计之初,必须首先确定大肠的可视化绘制形式。可视化技术中目前最成熟的是面绘制和体绘制两种绘制方式,而是一个开源的、可用于计算机图形学、图像处理和可视化的软件系统。鸭闪嗣婊容积方法等,同时,箍7⒘讼冉慕<际跞纾阂越!⒍啾咝位乖网格平滑、切割、轮廓线、三角剖分等,为系统开发提供了很大的便利,虚拟大肠镜的中心路径提取是本文的核心问题之一,为了保证虚拟大肠镜系统辅助检查的实时性,大肠中心路径的提取算法必须满足实时性要求。本文第三章在对比目前常用的手动指定中心点法、最大代价生成树法、最短路径提取算法,该方法具有较好的拓扑性和计算简单的优点。但由于大肠具有多褶皱、多弯曲的生理特点,该方法也存在提取出来的中心路径突觥⒍喙盏悖导致导航观察过程会出现视野的剧烈跳动和旋转的问题;同时,由于大肠长度长,提取的中心点数量过多,计算量大,使得中心路径生成时间偏长。为了实消减算法,该方法能有效减少中心点数量,提高中心路径的生成速度,之后,利用三次样条插值算法平滑中心路径,以减少导航过程中视野的跳动和旋转,实现了光滑、快速的大肠中心路径提取,为虚拟大肠镜系统的实时导航提供了良好的基础。
获取大肠中心线后,以此中心路径作为虚拟相机的导航路径,下一步的工导航观察技术:、大肠外翻观察、以及虚拟展平模式。传统的大肠内导航观察技术是模拟传统光学物理内窥镜在大肠内的观察方法而形成的一种最早的检查技术,该技术存在可视空间小、不可见区域大面图,虽然该方法增大了观察视野和区域,但该方法一定程度上破坏了空腔脏大肠褶皱内部区域,最大限度减少观察死角。同时,针对大肠分段过程中易出现的错误分段问题,本文结合大肠生理弯曲特征,利用提取出的中心路径能代础上,本文第五章介绍了一个具备基本辅助检查功能的虚拟大肠镜系统。该系统以支持跨平台的夹斡没Ы缑嬗τ贸绦蚩7⒖蚣躋魑?7⑵教ǎτ妹硕士学位论文作是选择合适的导航观察方法实现对大肠空腔内结构和病变的检查。在导航观察方法的选择问题上,本文第四章综述了目前虚拟大肠镜的主要的缺点;而大肠外翻观察技术是将整个大肠内壁与大肠外壁相替换,从而实现从大肠外部对整个大肠内部结构的观察,该方法在大肠弯曲区域存在容易出现漏翻和多翻的错误;虚拟展平观察方法是将整个大肠虚拟剖开后展平成二维平器的整体解剖形态,观察者需要通过展平的二维图像来想象脏器原始的结构,在实际应用中不太合理。本文开发了一种大肠剖分导航观察方法,该方法首先沿着大肠