骨自动分割及基于轮廓一致性的分割验证

利用序列CT图像对骨组织做自动分割是计算机辅助骨科的重要技术。由于骨结构的不一致性、病理改变以及CT数据内在的模糊性,完全做到自动分割目前还面临着很大的困难。提供了一种有效的解决框架,既避免了传统分割中大量的人力介入,又避免了自动分割造成的错误。具体步骤是:设计合适的自动分割算法对序列CT图像中骨组织做自动分割;利用相邻CT图像上骨轮廓是渐进变化的特性,通过比较轮廓形状的一致性来自动验证分割的结果;对一致性较差的结果引入决策判别机制。     

基于能量最小化的肾脏计算断层扫描图像分割方法

随着成像技术的不断发展, 医学图像处理在计算机辅助诊断和病变管理中的重要作用日渐突出, 而计算断层扫描序列图像的肾脏组织分割是其中的关键步骤. 本文结合肾脏序列图像的连续性特征, 提出了一种基于活动轮廓和图割方法的能量最小化分割模型来自动分割肾脏组织. 根据相邻切片图像的形状差异与层间距之间的关系, 计算出序列图像中适合图割优化能量函数的最优范围. 能量函数采用测地活动轮廓模型和Chan-Vese模型的综合形式, 兼顾了目标的边界和区域信息. 随后, 利用图割方法优化离散化的能量函数, 驱使活动轮廓逐渐向目标边界靠近, 直至收敛为止. 对30组腹腔序列图像进行了算法测试, 实验表明基于能量最小化的分割方法能够有效地提取出序列图像中的肾脏组织, 其分割结果的平均Dice系数达到了93.7%. 关键词： 计算层析 肾脏分割 能量最小化 连续性     

基于机器学习的可降解支架检测与分割算法

针对血管内光学相干断层扫描(IVOCT)成像系统,提出一种改进的自适应增强(Adaboost)算法及一种基于动态规划的轮廓分割算法用于可降解支架的自动检测与分割,实现对支架贴壁情况的自动评估。在检测阶段,利用多层决策树构建Adaboost分类器,实现对支架位置和大小的检测;基于检测结果,利用动态规划算法对支架轮廓进行分割;最后,结合分割结果,对支架贴壁情况进行计算。实验结果显示,所提算法的检测召回率达到91.6%,精确率为87.2%,轮廓分割的平均Dice系数为0.80,表明所提算法能够实现IVOCT影像中可降解支架的准确检测与分割,且具有较好的稳健性。     

基于水平集的牙齿牙槽骨图像分割

口腔锥形束计算机断层扫描（Cone Beam Computed Tomography,CBCT）图像中牙齿及牙槽骨的分割对骨性结构的三维重建提供了基础,是实现牙齿牙槽骨三维可视化的必要步骤.本文根据牙齿及牙槽骨特点,将一种改进的势阱函数与水平集模型结合,克服以往势阱函数在部分区域出现“停止演化”或“过快演化”的缺陷,并将其应用在对牙齿牙槽骨的分割当中.采用多次小方差高斯滤波叠加的方式对图像进行序贯滤波预处理,解决单一方差高斯滤波难以有效滤除CBCT图像中噪声的问题,为准确分割提供了条件;基于序列图像相邻两张图片中同一牙齿的轮廓变化不大这一特点,以当前层的分割结果作为下一层曲线演化的初始轮廓,使得用更少的迭代次数得到相同结果,从而提高分割速度.另外,本文还将该算法应用于口腔磁共振图像中,并成功对单颗牙齿进行了分割.     

针对小动物的锥束CT重建的研究及验证

基于经典3D Shepp-Logan模型,应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系,针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8 lp/mm.     

针对小动物的锥束CT重建的研究及验证

基于经典3D Shepp-Logan模型,应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系,针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8lp/mm.     

基于深度玻尔兹曼模型的红外与可见光图像融合

为了克服红外与可见光图像融合时噪声干扰及易产生伪影导致目标轮廓不鲜明、对比度低的缺点,提出一种基于深度模型分割的图像融合方法.首先,采用深度玻尔兹曼机学习红外与可见光的目标和背景轮廓先验,构建轮廓的深度分割模型,通过Split Bregman迭代算法获取最优能量分割后的红外与可见光图像轮廓;然后再使用非下采样轮廓波变换对源图像进行分解,并针对所分割的背景轮廓采用结构相似度的规则进行系数组合;最后进行非下采样轮廓波反变换重构出融合图像.数值试验证明,该算法可以有效获取目标和背景轮廓均清晰的融合图像,融合结果不但具有较高的对比度,还能抑制噪声影响,具有有效性.     

工业CT切片图像直接生成快速原型层片数据

为了将工业CT与快速原型直接集成,提出了一种由工业CT切片图像直接生成快速原型层片数据的方法。首先对工业CT切片图像进行边缘提取、去噪、细化、连接和轮廓跟踪,获取样件的内外结构轮廓点数据;然后在相邻断层间建立轮廓匹配点对,线性插值层间轮廓数据,以满足快速原型加工对层片厚度的要求,并用三次B样条曲线对所有轮廓进行拟合;最后经过轮廓数据点采样和内外轮廓判断后,生成通用层接口文件输入快速原型系统。试验验证了该方法的有效性与正确性。     

基于角点检测的可降解支架轮廓分割算法

针对血管内光学相干断层扫描(IVOCT)影像中,使用动态规划(DP)算法进行可降解支架轮廓分割时,分割结果容易受到血液伪影和支架内部断裂的影响,而导致支架轮廓分割准确度不高的问题,利用IVOCT影像中可降解支架具有四边形外观的先验信息,提出一种使用支架的4个角点得到支架轮廓的算法。实验结果显示:所提出的支架轮廓分割算法的平均Dice系数可达到0.88,相较于DP算法提高了0.08;所提出的支架自动分割算法能够实现IVOCT影像中可降解支架的准确分割,且具有较好的稳健性,能更好地在临床应用中辅助医生进行支架贴壁情况分析。     

基于CT序列图像的旋转体积测量方法

针对工程应用中常见的轴向变化剧烈工件,研究一种Zernike矩亚像素层间拟合轮廓旋转积分的高精度体积测量算法。首先用Zernike矩方法提取亚像素级轮廓,其次采用多项式拟合切片轮廓,并进行等相角间隔采样;然后对等相位的轮廓点采用多项式拟合并通过外插法自动预测工件顶端,将各拟合轮廓旋转一个相角,对旋转块积分并累加得到待测工件的体积。分别对体积相等的3个试块进行CT扫描测量实验,结果表明该算法的测量误差低于0.7%;对实际含内腔工件进行测量实验,结果表明该算法测量精度是Canny台体法的1.5倍。     

工业CT图像轮廓提取与优化系统设计

为了有效地提高面向逆向工程的工业CT图像轮廓处理的精准性和计算效率,开发了工业CT图像轮廓提取与优化系统。该系统主要包括图像处理模块、轮廓识别与提取模块、轮廓拟合与优化模块、图像处理经典算法库和数据接口等功能模块,实现了从工业CT图像到轮廓数据的三维点云与轮廓线的标准格式输出,并与逆向工程软件对接。同时,在轮廓拟合与优化模块中,提出了基于全局约束模型的轮廓拟合策略,并采用有向图分解和数值代数相结合的计算方法,提高了轮廓拟合的计算精度和效率。最后通过实例验证了系统的有效性和正确性。     

Novel Fourier-based iterative reconstruction for sparse fan projection using alternating direction total variation minimization

Sparse-view x-ray computed tomography(CT) imaging is an interesting topic in CT field and can efficiently decrease radiation dose. Compared with spatial reconstruction, a Fourier-based algorithm has advantages in reconstruction speed and memory usage. A novel Fourier-based iterative reconstruction technique that utilizes non-uniform fast Fourier transform(NUFFT) is presented in this work along with advanced total variation(TV) regularization for a fan sparse-view CT. The proposition of a selective matrix contributes to improve reconstruction quality. The new method employs the NUFFT and its adjoin to iterate back and forth between the Fourier and image space. The performance of the proposed algorithm is demonstrated through a series of digital simulations and experimental phantom studies. Results of the proposed algorithm are compared with those of existing TV-regularized techniques based on compressed sensing method, as well as basic algebraic reconstruction technique. Compared with the existing TV-regularized techniques, the proposed Fourier-based technique significantly improves convergence rate and reduces memory allocation, respectively.     

基于稀疏活动轮廓模型的感兴趣目标检测定位算法

传统的基于形状信息目标定位的算法,对目标观测角度发生形变情况下的定位存在不少困难,针对该问题,提出了一种基于稀疏活动轮廓模型的感兴趣目标(OOI)检测算法.首先通过共同勾画算法学习到感兴趣目标的稀疏活动轮廓模型,它能够清晰地定义感兴趣目标模式;同时构成该模型的Gabor轮廓基元可以通过扰动进行局部的调整以适配图像,在一...     

On contour crossings in contour-advective simulations – part 1 – algorithm for detection and quantification

This is the first of two papers devoted to the analysis of contour crossing errors that occur in contour-advective simulations of fluid motion. Here an algorithm is presented for quantifying the error due to contour crossings. The first step is to determine the relative proximity of all possible pairs of contours. A digital representation of each contour is produced to aid in the corresponding calculation. Simple analysis of functions is then used to find any crossings between contours deemed close to each other by the digital representation method. Next, the area in error of a pair of crossing contours is calculated by identifying the polygon or polygons that approximately bound the erroneous region. Finally, some preliminary results of analysis of contour crossings that occur in contour-advective semi-lagrangian (CASL) simulations of single layer quasigeostrophic turbulence are presented. It is shown that the error due to contour crossings is small in the simulations considered here.     

基于几何差异的目标识别算法

为降低目标识别算法复杂性且提高其抗噪能力,提出一种基于几何特征差异的目标识别算法。将获取到的目标图片经图像处理后提取轮廓,并以最小周长多边形算法构造目标轮廓的近似多边形;然后根据模板库标准目标做放大或缩小处理后使其面积与模板面积相等;再使用摆放算法使其与模板库图形部分重合;并提出一种改进型双向链表算法求多边形相交部分,通过计算相交部分面积大小达到识别图像的目的。经过仿真实验验证了此方法简单易行,能够快速识别目标。     

基于差分图像的运动目标跟踪与分割方法的应用研究

提出了一种基于差分图像运动检测和轮廓提取的跟踪与分割图像的方法。该方法首先从初始图像中提取目标的轮廓,然后利用相邻帧之间的差分图像初步确定目标在每帧图像中的粗略位置,最后把从上一帧图像中得到的目标轮廓置于该位置,并作为轮廓提取的初始值,由此可得到对目标的准确分割。