基于CT序列图像的距下关节分割及信息提取研究

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本文对基于CT序列图像的距下关节分割及信息提取进行了研究。主要内容如下: (1)使用几种常用的骨骼图像自动分割及交互式分割算法从后足图像序列中分割出距骨并进行结果分析。由于该图像序列中距骨的位置和形状均在变化,故自动分割手段不能完全奏效。交互式分割能使人有效控制分割过程以保证分割的正确性,但这增加了处理的复杂度且耗费时间。 (2)提出一种交互式数学形态学算法:首先使用最大类间方差阈值法提取足部骨骼图像,接着使用交互式数学形态学操作从中分割距骨和跟骨,又由于图像中的距骨或跟骨与其他骨骼相互连通,影响了分割结果,因此提出三次样条插值和Live-Wire修正法对这些图像进行交互式修正以断开连接处。经证实,该算法能准确地分割距骨和跟骨,且人工交互次数较少。 (3)提出距下关节信息提取的力矩主轴法和主分量分析法,经数学推导证明主轴公式和主分量公式是一致的。通过这两种方法提取椭球仿真模型的运动信息并进行误差分析;计算活体距骨和跟骨的主轴方向及这两块骨骼之间的夹角并阐述这些信息的解剖学含义。 (4)提出一种基于外部特征点的非线性最小二乘算法计算尸体足中的距下关节经加载后旋转的角度及位移,该算法误差较小且已用于骨科医学实践。 (5)使用基于面绘制的方法对距下关节进行三维重建,包括采用轮廓重建将距下关节各层的轮廓线堆砌在一起表示其边界;采用移动立方体法重建距下关节的表面;选择phone光照模型进行灯光设置以产生具有立体感的图形;采用动画手段全面显示距骨和跟骨的解剖结构,实现了距下关节的三维可视化,从而辅助医生对该关节进行观察和诊断。
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