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前列腺穿刺引导中的医学图像处理研究

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 前列腺医学影像

1．3 国内夕卜研究现状

1．4 主要工作和创新

第二章 超声图像前列腺边缘提取

2．1 引言

2．2 原理与方法

2．2．1 图像预处理

2．2．2 多种特征与多级筛选的离散轮廓点集方法

2．3 实验结果与讨论

2．4 本章小结

第三章 磁共振图像前列腺边缘提取

3．1 引言

3．2 原理与方法

3．2．1 图像预处理

3．2．2 自适应纹理分布的活动形状方法

3．3 实验结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 超声与磁共振图像前列腺配准

4．1 引言

4．2 前列腺模型分析

4．3 原理与方法

4．3．1 切面选取

4．3．2 结合形变约束的轮廓点匹配方法

4．4 实验结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

参考文献

附录：硕士期间发表论文

致谢

声明

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摘要

前列腺癌是男性生殖系统最常见的恶性肿瘤，根据全球癌症统计数据显示，前列腺癌的发病率在所有癌症中排名第五，并且是导致男性死亡的第二大癌症。经直肠穿刺活检是诊断前列腺癌最可靠的方法，而超声成像、磁共振成像等是重要的诊断、监测和引导辅助工具。对于不同模式的前列腺图像进行高性能的计算机综合处理，能够为临床诊治和相关研究提供有效的支撑，如增强计算机辅助诊断(Computer Aided Diagnosis，CAD)系统功能、引导穿刺活检和辅助治疗等。本论文的研究目标，是针对不同模式的前列腺图像提出新的、高效的处理方法，实现前列腺超声图像与磁共振图像中腺体轮廓的自动提取，以及磁共振图像到超声图像的配准，为前列腺穿刺提供有效的图像引导。
　　第一部分，对于前列腺超声图像，利用多种特征和多级筛选的离散轮廓点集方法提取前列腺的轮廓。首先从图像中选取大量候选轮廓点，再利用一系列特征对候选轮廓点集进行多级筛选，得到正确的离散轮廓点集，由此确定相对粗糙的连续轮廓;然后利用一种曲线演化方法对其进行精细调整，得到准确的腺体边缘。该方法通过自动筛选得到离散轮廓点集;针对每幅图像计算专门的离散轮廓，比统计得到的特征轮廓更适应当前图像，减少了后续调整的计算量;省去了计算特征轮廓的过程，不需要大量的图像数据的统计和处理。
　　第二部分，对于前列腺磁共振图像，利用自适应特征分布的活动形状模型来提取前列腺的边缘。首先对图像进行预处理，在包含完整人体截面的磁共振图像中确定前列腺区域，同时提取腺体参数;然后根据训练图像的人工分割结果提取前列腺形状和纹理特征，通过纹理的一致性判别构造自适应的纹理分布形状和补充形状，二者合并为综合纹理和包含形状信息的活动形状;提取目标图像的腺体轮廓时，根据图像特征和预处理得到的参数确定初始条件，再对形状模型进行移位和形变处理，成为符合目标图像的前列腺轮廓。该方法可以准确定位前列腺轮廓，有效克服前列腺图像分割的难点，如内部软组织对比度高、形状纹理差异较大、病变部位灰度干扰等问题。
　　第三部分，对于超声和磁共振前列腺图像，利用结合前列腺三维模型形变参数的轮廓点集合匹配方法将磁共振图像配准到超声图像。首先利用磁共振图像序列重建前列腺三维模型，通过有限元分析得到三维的形变数据;然后根据超声图像半自动选取配准平面，结合该平面的形变信息建立包含形变约束的两个轮廓点集，利用快速点匹配的方法调整磁共振图像的前列腺轮廓，使前列腺磁共振图像配准到超声图像。该方法中，三维模型的重建和分析耗时较长，而配准过程较快，这符合前列腺穿刺引导的应用要求:即术前进行磁共振扫描，获取磁共振图像序列，完成磁共振图像的前列腺边缘提取、三维重建和形变分析，保存处理结果;术中进行超声扫描，获取经直肠超声图像，实时提取超声图像中的前列腺轮廓，并将保存数据中的前列腺图像配准到超声图像，提供更全面的图像引导。

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