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医学图像与生物模型处理软件1,0

2011-4-25 22:23| 发布者: HuangSteve| 查看: 2576| 评论: 0|原作者: HuangSteve

摘要: 1针对医学图像与生物模型的分析处理概述医学图像处理与分析是在医学、物理学与计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科,具体是 指利用计算机对医学影像设备采集到的图像进行后处理,其中包括图像分割、图像配准、 ...

1针对医学图像与生物模型的分析处理概述
医学图像处理与分析是在医学、物理学与计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科,具体是
指利用计算机对医学影像设备采集到的图像进行后处理,其中包括图像分割、图像配准、三维可
视化、网格处理、有限元分析与虚拟仿真手术等。随着现代计算机科学技术的发展,医学图像处
理与分析越来越多地受到人们的重视,并已被广泛用于临床,辅助医生进行研究、诊断和治疗。
经过近五年(2007~2011)奋战,本团队开发出针对医学图像与生物模型的分析处理软件MedSya
(1.0beta版),其实现体绘制与面绘制等可视化模块、图像分割与图像配准等图像处理算法、模型
生成、重构、削减与平滑等模型处理功能及测量等工具,尤其提供技术先进半自动图像分割与算
法优异模型重构功能。同时结合本团队开发的专用于医学类生物力学分析的有限元软件MedFea
(1.0beta版)便可以进行生物力学有限元分析。
 

医学图像与生物模型处理软件MedSys
 

生物力学有限元分析软件MedFea

2医学图像与生物模型处理软件MedSys1.0功能
2.1MedSys1.0功能
MedSys包括主页、视图、体绘制、面绘制、分割、图像、模型、测量、基准与各类算法等模块,
其中
(1)主页模块用于打开与保存工程文件;导入与导出各类图像与模型等文件;撤消与重做等操作及
设置交互模式等;
(2)视图模块操作切面视图、三维视图与框架视图等,如用于查看背景图像、前景图像与标签图像
(即分割图像)等;
(3)体绘制模块包括体数据、体绘制、颜色查找表与图像区域等子模块;其中体数据子模块用于设
置图像绘制参数,如调整窗宽窗位与阈值等;体绘制子模块用于图像体绘制及其修剪等,其中体
绘制算法包括经典光线投影法、三维纹理与GPU体绘制等;颜色查找表子模块提供多种颜色表,用
于可视化与分割等;图像区域子模块操作区域对象,如创建、删除、隐藏与显示及调整区域对象
等;
(4)面绘制模块用于设置面网格模型绘制参数与查看模型信息,如模型表面积与体积等;
(5)分割模块提供图像半自动分割工具用于图像交互分割,包括"默认工具"、"擦除工具"、"阈值
工具"、"修改标签工具"、"涂画工具"、"绘画工具"、"水平集工具"、"矩阵工具"、"识别孤岛工
具"、"修改孤岛工具"、"去除孤岛工具"、"保留孤岛工具"、"腐蚀工具"、"膨胀工具"与"模型生
成工具"等;同时针对交互式图像分割提供特定撤消与重做机制,以避免内存溢出;
(6)图像模块包括图像分割、图像算法、图像工具与图像修正等四大功能,其中图像分割算法包括
"Otsu阈值分割"、"区域生长分割"、"稳健统计分割"与"快速步进分割"等;图像算法包括"Otsu阈
值处理"、"图像阈值处理"、"图像空洞填补算法"、"图像运算算法"、"图像去噪算法"、"数学形
态学"与"图像与模型处理算法"等;图像工具包括"图像切割"、"棋盘处理"、"骨架提取"、"直方
图匹配"、"图像重采样"、"合并图像标签值"与"标量图像重采样"等;图像修正功能包括"偏差修
正算法"与"MRI布拉斯场校正"等;
(7)模型模块包括模型生成、模型优化与模型工具等四大功能,其中模型生成功能包括"模型生成
器"、"标签图像平滑"、"模型-标签图像转换器"与"灰度图像模型生成器"等;模型优化算法包括"
模型重构"、"模型削减"与"模型平滑"等;而模型工具包括"模型切割"、"模型镜像"、"模型合并"
、"模型布尔"、"模型面连接"与"模型工具箱"等;
(8)测量模块主要用于二维与三维的长度与角度测量等;
(9)基准模块用于操作基准列表与基准(即种子点等);
(10)鼠标操作: 左键调整窗宽窗位;滑轮调节切面;中键移动位置;右键用于缩放;
(11)键盘操作: ‘r’重置视图;‘w’网格边显示形式;‘s’网格面显示形式;‘f’上一张图
像切面;‘b’下一张图像切面;半自动分割时‘z’撤消、‘y’重做 ;等
此外,图像配准模块与模型变换模块也将于近期集成到MedSys软件。另外,在后续版本中将实现
生理信号分析功能,目前生理信号分析算法也在改进中。
下面通过功能演示与实例来描述软件相关模块功能与应用处理流程:
2.2功能演示
//! 加载数据
 
//! 导入Dicom图像
 


//! 保存工程与数据
 
//! 基本交互功能
 
//! 体绘制
 
 


//! 图像分割
 
//! 图像配准(将会集成到新版MedSys软件中)
 
//! 面绘制与模型相关信息(如体积、表面积与单元数等)
 
 
//! 颜色查找表
 
//! 图像区域
 
//! 测量功能: 边显示方式可以选择测量工具,其中按w/s键则可切换模型边显示方式或面显示方
式。
 
//! 基准
 
//! 各类图像处理算法
 
 
//! 各类模型处理算法
 
2.3分析实例
本实例主要使用mimics软件自带Dicom系列数据进行图像与模型处理,包括图像分割、模型生成与
模型优化等。具体来说先分割出图像中下巴部分,然后将分割后图像转换成面网格模型,再通过
模型重构等优化算法得到高质量模型。
1)导入Dicom系列数据
 
2)加载数据,则可进行基本交互操作,如调整窗宽窗位、查看各切面图像等;
 
3)在图像分割前可通过体绘制来查看图像内部信息等。打开体绘制页面并选择体绘制算法则可进
行体绘制(若选择None则关闭体绘制),图为调整窗宽窗位(W/L)为2084/1453时体绘制效果。
 
4)图像分割采用半自动图像分割功能。先打开分割页面,并选择需要分割图像(即
mimics_simon_dicom),然后点击图像操作中创建新标签图像(即掩码图像或分割图像等),创建
后则可选择该标签图像并进行图像分割处理。
 
 
5)设置图像分割标签值,或直接选择颜色值。
 
6)选择【半自动分割工具】中【阈值工具】,并设置阈值H/L为3071与530,然后点击【应用】按
钮即可。
 
 
7)阈值处理后,需要使用其它工具去除不需要部分,即去除绿色标签值;可选择【涂画工具】与
【矩形工具】等;由于进行擦除标签值操作,则先点击【擦除工具】或设置当前标签值为0。在分
割过程中可按f/b键来查看前一张/后一张;z/y键进行redo/undo操作,注意目前设定分割模块
redo/undo步数为10,以防止内存溢出,但系统redo/undo步数原则上无限数。
 
 
8)继续使用【矩形工具】与【涂画工具】进行擦除不必图像部位。
 
9)可以在分割处理过程中通过选择【模型生成工具】生成模型来查看其分割效果,并根据效果来
指导分割;
 
10)根据上面生成模型来进一步分割;不断循环以上步骤直到效果满意为止。总之,只要有足够时
间与耐心则可分割出精确组织部位。
 
 
11)值得注意,在分割过程中随时保存数据以防软件出现异常,点击【主页】页面中【导出】来保
存数据。目前软件着重功能性实现,难免出现异常,以后将逐步修正错误,并提供定时保存功能
。本实例在半自动分割过程保存9次。
 
12)完成图像分割后则可以将标签图像生成面网格模型。选择【模型】页面中【模型生成】功能,
选择输入图像为上面分割后图像,并点击【应用】即可。
 
13)生成后网格模型
 
14)网格模型质量差,需要进一步优化处理,先选择【模型】页面中【模型重构】功能,然后输入
模型对象,并参考边长计算值来设置重构边长,最后点击【应用】即可。
 
15)模型优化后得到高质量网格模型
  
2.4分析实例
 
2.5分析实例
在图像分割,并生成模型与模型优化后,则可使用生物力学有限元分析软件MedFea进行网格划分
,并进行添加边界条件、负载与分析步等前处理,随后则可进行生物力学分析,再由后处理查看
分析结果。
  
   
 
 

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