虚拟结肠镜中皱襞预匹配的结肠配准

目的 虚拟结肠镜是一种采用CT或者MRI图像重建出结肠3维结构,通过漫游虚拟结肠来检测结肠组织,一般用于早期结直肠癌筛查。结肠配准能够有效提高息肉检测的效率和精确度,但由于仰卧和俯卧位下的结肠图像形变太大,现有的配准方案中特征点的提取没有考虑到较多特殊情况,因此需要寻找一个新的配准方案完成完整的结肠配准。方法 提出了一种新的结肠图像配准方法,能够完成不同体位获取的虚拟结肠图像之间的配准。首先提取可以反映结肠结构信息的皱襞特征,用模板匹配和特征匹配方法找出两幅结肠中匹配的皱襞对。然后将匹配对的中心点作为标记点,做基于标记点的非刚性粗配准,最后将两幅图做B样条配准完成细配准。这种方法能够将结肠内部较大的形变先矫正,使得两幅图之间的形变缩小到一定范围,然后利用传统配准方法能够完成配准。结果 在5套数据中,找到能够成功匹配的皱襞区域数量占所有分割出的皱襞区域总数量的62%左右,匹配错误率为4.7%左右。完成皱襞粗配准后,结肠形变明显趋于一致,灰度值相对误差减小,最终完成了结肠配准。结论 先进行皱襞匹配再做基于匹配好的皱襞的映射关系做结肠配准,能够将存在较大形变的两套结肠匹配起来。在之后的工作中需要量化特征点选取对配准结果的影响,同时在做配准评估时,单纯采用灰度差值不能很好完成评估,因为灰度特征只能一定程度反映整体差异,不能很好体现结构差异,需要添加其他评估标准辅助配准评估。     

细胞DNA指数全自动分析仪及其关键技术

设计了测量细胞DNA指数的全自动分析仪(HW-MS)并发展了相应的关键技术.本仪器用于对细胞涂片的数字化显微扫描,获得细胞DNA指数的分布数据.HW-MS采用了排除外界干扰和对测量结果进行归一化的技术措施,使得同一涂片的测量结果具有较好的稳定性.HW-MS的功能包括对涂片自动扫描,实现对细胞图像的自动采集,然后对存贮在计算机内细胞图像进行降噪和分割处理,并对处理后的图像进行识别和分类分析,实现对细胞DNA指数的测量,最后对测量结果中突变细胞进行识别和统计分类.为了保证测量数据的准确性,系统使用标准样片来实现图像质量控制.在高速模式下,本系统可以在30 min内实现全片的自动扫描,基本上同时给出测量样本的细胞DNA指数分布数据.初步实验表明,该系统的测量结果具有较高的准确性和稳定性.     

基于MRI术中成像的神经外科手术导航系统关键技术

神经外科手术导航系统是借助医学影像提供的信息提高手术的精度和安全性的一种技术手段。基于开放式MRI术中成像的神经外科手术导航系统和X-射线成像导航系统相比，没有放射性，能够采集人体解剖学、生理学，甚至心理学信息以及它们对应的病理学信息等。因此，基于开放式MRI的神经外科手术导航系统是影像导引手术导航的发展方向。本文介绍了基于开放式MRI影像引导神经外科手术系统的工作流程和相应的关键科学技术问题。其流程包括术前的准备工作、术中成像和导航以及术后成像和评价。关键科学技术问题包括多模态影像数据的采集和集成分析、器械的导航和定位，以及制定手术评价标准等。     

能量传导模型及在医学图像分割中的应用

提出了一种基于水平集框架的能量传导模型ECM(energy conduction model)用于对医学图像进行分割.该模型通过对图像中的灰度分布和空间中的温度场分布进行对比,有效定义了图像能量和图像能量的传导方程,并通过模拟热量传递的过程对方程进行求解.ECM模型的优点在于,它在描述图像灰度分布的全局特征的同时,有效地捕捉到图像局部区域的灰度对比度变化,因此它能够对灰度分布不均匀和含有噪声的图像进行精确分割.基于水平集函数本身的拓扑可变性,该方法还能够实现同一图像中的多目标分割.使用该方法对模拟和真实的医学图像进行了分割实验,实验结果表明了该方法的有效性和可靠性.     

基于Co-60放射源的锥束CT成像系统的研究

图像引导系统由于能帮助对肿瘤靶区进行精确定位,在直线加速器放疗设备上得到了成功应用.考虑到γ射线立体定向放疗设备的机械结构的特殊性,本文拟开发基于Co-60的图像引导装置.为此本文设计并安装了以Co-60为放射源的锥束CT成像系统.在该系统上成功地实现了多种轨迹(包括圆、螺旋、马鞍、圆线等)锥束CT扫描.采用一般轨迹下的基于弦线段和感兴趣区的BPF重建算法和圆轨迹下的FDK算法进行了图像重建.本文分别用头部和胸部体模研究了该系统的成像质量,最后采用Min/Max曲率流方法对重建后图像进行了去噪处理.结果表明采用该系统可以清晰地确定被扫描物体轮廓和骨性边界,为实现γ射线立体定向放疗设备在影像引导下进行病人自动摆位打下了基础.     

分频能量调整在高分辨傅里叶显微技术中的应用

目的 高分辨傅里叶显微技术（FPM）是利用一组不同角度入射光下采集的低分辨率图像重建高分辨率图像的技术,该技术主要的理论基础是相位还原和综合孔径技术。低分辨图像和高分辨率图像在频域中的差异体现在高频段中的能量,高分辨率图像高频段能量更多。但是此前的方法重建的图像在高频段内的能量仍然较少。针对该问题,提出了一种新的FPM迭代更新模式——分频能量调整（BE）。方法 基于高分辨率图像在傅里叶空间的能量分布的先验,在迭代过程中加入分频能量调整,来约束更新过程中的能量分布,从而使重建图像在能量上更接近于高分辨率图像,进一步提高图像的分辨率,突出边缘信息。结果 在光学分辨率检验板和蚕豆气孔数据上对比增加光瞳函数恢复的FPM方法（EPRY-FPM）和添加分频能量调整的FPM方法（BE-FPM）,实验表明,BE-FPM能进一步提高重建图像分辨率,突出边缘信息。为验证算法的鲁棒性,对样本添加模拟产生的高斯噪声和椒盐噪声,重建结果的视觉效果表明本文方法对噪声的鲁棒性更优。结论 本文方法能进一步提高重建图像的分辨率,并且突出边缘信息。在噪声图像中比EPRY-FPM的更新模式具有更高的鲁棒性。在生物样本中,很多的图像具有相似的分布,而相似分布的样本在傅里叶空间的能量分布具有一致性,因此,BE-FPM方法在部分高分辨率样本重建大样本,单幅高分辨率样本重建同类样本等问题上有较大的应用潜力。