肝脏管道参数化建模算法的研究

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肝癌是我国病死率最高的恶性肿瘤之一,现今治疗肝癌的有效手段只有手术切除治疗。但是因为肝脏血管结构的复杂性以及个体肝脏之间的差异性,肝脏手术通常具有非常高的风险性。从二维医学图像中将肝脏血管快速、精准地分割出来,清晰地显示肝脏血管的三维结构,帮助医生直观地看到肝脏血管的空间位置、三维形态、分支的管径大小以及分级情况,对制定精密的肝脏手术计划、进行精确的术前评估,从而提高手术的安全性,具有非常重要的意义。  本文针对肝脏CT图像,通过肝脏血管分割、肝脏血管骨架线的提取,最后实现肝脏血管的三维建模。本文主要从以下几个方面开展研究性工作:  首先,针对模糊连接分割算法在肝脏血管分割中需要手动设置阈值和计算成本过高的缺点,设计了一种以自适应阈值搜索算法为核心的模糊连接算法,实现对肝脏血管快速、准确地提取。本文设计的算法首先提出一种采用查找表的计算加速方法,使模糊场景的计算量大大减少,在不影响分割效果的前提下,将模糊连接算法的效率提高1.5-2倍。接着提出一种自适应阈值搜索算法,实现了程序自动根据不同的肝脏CT图像求得分割阈值的功能。  然后,采用细化算法、距离变换法、Voronoi图法这三种方法分别实现了对肝脏血管骨架线的提取,得到血管的骨架线和半径等信息,为肝脏血管参数化建模的实现奠定了基础。  接着,利用血管的骨架线和半径等信息进行参数化建模,主要思想是以血管骨架线作为空间曲线,同时根据骨架线上各个点的半径信息构建横截面,最后对各个横截面进行拼接从而实现对血管表面的平滑重建,实验结果表明该方法简单快速,重建的血管表面和走向较为光滑,并且充分保留了血管树的空间信息。  最后,广义柱建模后的血管仍然存在锯齿,这与真实血管形态比较不太相符,针对这个问题设计了一种基于贝塞尔曲线插值的平滑修补方法。实验结果表明,该方法重建的血管表面和走向更加平滑,更加接近真实血管的形态。
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