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医学格式论文范文参考 医学格式毕业论文范文[精选]有关写作资料

主题:医学格式 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-03-12

医学格式论文范文

论文

目录

  1. 第一篇医学格式论文范文参考:医学影像云服务平台基础架构研究与实践
  2. 第二篇医学格式论文样文:图像融合技术建立颞下颌关节有限元模型的生物力学分析研究
  3. 第三篇医学格式论文范文模板:基于多尺度数字X光图像增强方法的研究
  4. 第四篇医学格式论文范例:计算机辅助个体化导航模板在膝关节置换中的应用基础研究
  5. 第五篇医学格式论文范文格式:像素级图像融合及应用研究

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第一篇医学格式论文范文参考:医学影像云服务平台基础架构研究与实践

医学影像技术在近十多年来取得了突飞猛进的发展.新技术、新设备不断涌现.320排螺旋CT、超高场强磁共振、分子影像、功能影像、多模态融合成像等技术大大丰富了医生的诊断手段,提高了疾病的诊断效果,但是同时也带来了一定的问题:1)高端影像设备价格昂贵,动辄数百万到数千万元,很多医院简单地将设备档次作为体现医疗水平的标准,竞相引进高端设备,导致医疗成本居高不下;2)医学影像设备一次扫描能产生数百至数千幅图像,病人带走的胶片只包含其中极少一部分图像,且无法进行参数调节和三维、动态显示,诊断价值大打折扣.病人转院时,医生多会以此为由要求病人重新检查,不必要的重复检查进一步加重了居民的医疗负担;3)X线机、超声等影像设备在小医院已有很高的普及率,沿海发达地区部分乡镇医院甚至引进了64排CT以上的先进影像设备,但是却缺乏优秀的影像诊断医生,设备的利用率低;4)基层医疗机构严重缺乏资金、设备、技术和人才.人们有病都往大医院挤,导致了大医院“人满为患”、基层医院“门可罗雀”.这种医疗资源不均衡的现状是造成“看病难、看病贵”的重要原因.5)影像诊断难度大,需要诊断医生有雄厚的基础知识和丰富的阅片经验,不断涌现的新技术新设备对影像诊断教学提出了更高的要求.医学院校传统的教学手段和教学设备远远满足不了不断扩大的招生规模的需求;6)影像设备产生的海量图像资料需要长期保存,国内医院普遍缺乏远程容灾和备份的措施,一旦发生火灾、地震、海啸等自然灾害,可能导致资料完全丢失,造成不可弥补的损失.

通过网络技术实现区域内医疗资源的共享与医疗过程的协同,是均衡医疗资源、解决“看病难、看病贵”问题的重要手段.远程影像协作诊断具有临床价值高、诊断难度大、基层医院迫切需要、DICOM标准稳定成熟、通过共享与协作可大幅度降低医疗费用等特点,是区域医疗协作中最具临床价值的应用.因此,构建区域化的医学影像服务平台,开展医学影像远程会诊、影像转诊、虚拟影像专科、远程教学、远程灾备、影像代存、典型病例查询、图像内容检索等服务,实现区域内影像设备及影像诊断专家的充分共享和高效协作,对于均衡医疗资源、提高基层医院诊疗水平、提高影像设备的使用效率、提高医疗服务质量、降低医疗费用具有重要的意义.

构建区域医学影像服务平台,开展远程影像协作应用是一项庞大的系统工程,采用传统建设全院PACS的技术手段构建大规模的区域医学影像服务平台面临着巨大挑战:

1)建设费用高.PACS医学影像的数据量远远大于HIS、LIS等其它医疗系统的数据量,一个大型三甲医院每年PACS图片数据量高达数TB到数十TB.区域内的医学影像数据量将达到PB(1024TB)以上级别.区域医学影像服务平台需要提供远程灾备和影像代存等服务,因此需要考虑区域内的全部影像数据量.采用传统FC SAN(光纤存储区域网络)构建PB级容量的存储系统,建设费用极高,

2)性能和扩展能力不足.即便是性能和稳定性最好的FC SAN,其传输带宽和处理能力也难以满足PB级海量数据的处理和传输要求.同时,增加存储设备时,整个应用系统的目录结构一致性难以保证.目前市场上虽然已出现存储虚拟化产品,可以将多台存储设备虚拟化成一个统一的存储池,解决存储架构的一致性和动态扩展问题,但是出于市场考虑和技术限制,厂商一般都只支持自有存储产品的虚拟化,难以实现不同厂商设备的兼容,

3)可用性受限.全院PACS常用“在线—近线—离线”*存储模式.最近的在线图像数据存放在性能高的FC SAN中,稍久一点的近线图像存放在性能稍差的IP SAN或NAS存储设备中,超过一定时限的图像则离线存储到光盘库或磁带库中.这种方式的好处是可以节省成本,保证医疗诊断应用的性能,但是整个系统的可用性受到限制,离线图像数据难以实时获取,

4)缺乏一体化的应用软件.目前构建区域PACS系统在技术上大多是采用全院PACS系统的架构,但是这种架构只适合高速、稳定、安全的园区网络环境.在带宽受限、稳定性差、受防火墙阻断的公网环境下,难以满足应用需求.另外,区域医学影像协作中最重要的应用——医学影像远程会诊,目前还基本采用“点对点”的模式,缺乏一体化、跨平台、高可用的医学影像管理与协作应用软件.

随着云计算技术和应用模式的快速兴起,为构建低成本、高可用、高性能、易扩展的区域医学影像服务平台提供了一条有效的途径.我们承担的课题就是研究通过高速城域网、医保专网、电子政务外网、互联网等传输介质,采用云计算技术构建区域医学影像云服务平台,为区域内的各类医疗机构和人员提供SaaS模式的医学影像远程应用服务.而高性能、高可靠、易扩展的海量医学图像分布式存储架构和并行处理技术将是医学影像云服务平台的基础和关键,也是本论文的研究重点.

Google作为全球最大的搜索引擎和云计算服务商,率先遇到了PB级海量数据的处理问题.她没有采用传统的存储和高性能计算技术,而是独辟蹊径地创造了GFS分布式文件系统和MapReduce分布式计算技术,通过聚合数以万计普通服务器的存储和计算资源,实现了超大规模数据集的高效处理,取得了巨大的成功.Apache Hadoop项目则是GFS和MapReduce的开源实现,目前已成为世界上最有影响力的开源云计算平台,取得了广泛的应用.针对Hadoop平台的特点和医学影像云服务平台的需求,我们设计了一种HDFS和FC SAN相结合的“在线—归档”二级存储架构HMISA(Hybrid Medical Image Storage Architecture),取代区域PACS系统常见的“在线—近线—离线”*存储架构.并在其基础上开展了基于MapReduce框架的医学影像后处理等分布式计算应用.

HDFS分布式文件系统具有如下特点:1)专门针对PB级以上海量数据的快速存储和处理而设计,已在Yahoo、FaceBook、亚马逊、百度、淘宝等海量数据处理应用平台上得到了广泛验证;2)系统可扩展性高,只需简单添加服务器数量,即可实现存储容量、磁盘IO吞吐率、传输带宽和计算能力的线性增长,并保持一致的文件目录结构;3)数据冗余度高,缺省每份数据在3个不同的节点上保留副本;4)适合“流式”访问(Streaming access),即一次写入,多次读取,数据写入后极少修改,适合医学影像文件的访问特点;5)除了数据存储能力外,与HDFS共生的MapReduce分布式计算框架还可充分利用各服务器CPU的计算资源,便于后期开展基于海量医学影像数据的图像预处理、格式转换、图像融合、内容检索、三维重建等数据密集型应用.

但是,Hadoop在构建医学影像存储系统时还存在以下问题:1) Hadoop的设计理念是针对大文件进行优化的,其默认的数据块大小为64 MB,而医学影像资料中常见的CT、MRI的图像大小大多为512 KB左右,一次拍摄产生的图像数量大约为100~200幅,如果直接将大量的小文件存储在HDFS文件系统中,过多的元数据将导致HDFS主节点NameNode的内存消耗过大,降低集群的性能.2)HDFS的设计理念不适合需要低时延的实时应用,其写入性能大大低于读取性能,不太适合需要快速获取图像资料并撰写诊断报告的PACS实时应用.

针对Hadoop平台不适合存储医学影像小文件的问题,我们采用Hadoop的SequenceFile文件格式,设计了一种适合HDFS特点的S-DICOM序列化医学影像文件格式,通过Key/Value键值对的形式,将一个病人一次检查产生的所有图像合并成一个序列化文件.这样可以大大提高HDFS处理的性能,防止元数据服务器(NameNode)内存消耗过大的问题.同时,Key/Value形式的数据也是MapReduce分布式计算平台的最佳输入数据结构,便于后期开展基于医学影像文件的数据密集型应用.

单纯的HDFS分布式文件系统不适合实时应用,但是具备低成本、易扩展、高性能、高可靠的特点.传统的集中存储(FC SAN)则非常适合小文件的快速读写.因此,结合两者的优点我们设计了一套FC SAN和HDFS结合的混合式存储架构HMISA,将常见的PACS“在线—近线—离线”*存储简化为“在线—归档”两级存储架构.一年以内的医学影像资料以DICOM原始格式保存在FC SAN一级“在线库”中,可满足PACS阅片和撰写诊断报告等实时应用的低时延要求.超过一年的图像则转换成S-DICOM格式保存到HDFS二级“归档库”中,通过SDFO(S-DICOM File Operator)文件访问组件,屏蔽底层图像读写操作的细节,为上层的SaaS模式医学影像应用系统和DICOM应用组件提供统一的图像查询、读取和写入接口.

Hadoop内置的MapReduce分布式计算框架为开发人员屏蔽了任务调度、节点容错、节点通讯、负载均衡等并行计算中难以处理的细节,大大降低了分布式计算系统的开发难度.同时,MapReduce采用了“将计算移动到数据所在位置”的设计理念,特别适合海量医学影像的数据密集型分布式处理.我们在分布式存储架构的基础上编写了基于MapReduce框架的医学影像分布式处理程序,包括DICOM图像批量转换为JPEG格式、病人隐私信息批量清除、批量生成缩略图、网络访问日志的分布式导入和查询等.并在测试集群中验证了分布式计算的性能及部分参数对性能的影响.测试结果表明Hadoop集群可以有效利用各存储节点的计算能力,集群的性能远远高于单机处理的能力,并且通过水平扩展(Scale-out)的方式可以快速实现存储容量和处理速度的线性增长.

综上所述,本论文的特色和创新主要包括:

1)分析了区域医学影像共享与协作的需求、技术进展及面临的主要问题,设计了区域医学影像云服务平台的整体技术架构,包括逻辑架构、网络架构、存储架构和软件架构等.

2)设计了一种FC SAN和HDFS相结合的医学影像“在线—归档”二级存储架构HMISA(Hybrid Medical Image Storage Architecture),解决区域PACS常见的“在线—近线—离线”*存储架构的性能、可扩展性和可用性等问题.设计了S-DICOM医学影像归档文件格式,解决HDFS不适合存储和处理大量小文件的问题.开发了一套SDFO文件访问组件,屏蔽HMISA存储架构底层图像读写操作的细节,为上层的SaaS模式医学影像应用系统和DICOM应用组件提供统一的图像查询、读取和写入接口.

3)基于MapReduce框架设计开发了DICOM图像转换JPEG格式、病人隐私信息清楚(De-identification)、批量生成缩略图等医学影像分布式数据处理程序,并在Hadoop集群上作了相关的性能测试.测试结果表明Hadoop集群可以轻松突破单台服务器的性能极限,满足区域海量医学影像数据的快速存取和处理需求.

第二篇医学格式论文样文:图像融合技术建立颞下颌关节有限元模型的生物力学分析研究

颞下颌关节(Temporomandibular joint TMJ)是人体最为复杂、解剖结构细致的滑膜关节,左右各一,双侧联合运动,构成统一的结构功能单位体,不仅共同完成咀嚼、吞咽等,而且同时还完成言语、表情等复杂功能性活动[1].牙颌系统作为是人体的暴露部位,极易遭到损伤,而且TMJ为人体最常使用的关节,颞下颌关节紊乱病的发病较高.因此对于颞下颌关节的研究对牙颌系统研究中具有重要的临床意义.颞下颌关节所承载负荷一直以来是口腔医学与力学所共同关注的生物力学研究中的重点与难点.由于口腔颌面部解剖结构的复杂性,传统的各项实验研究方法比较繁复,费时、费力而且大多不能再次重复实现.随着数学物理学研究方法、空间结构几何学、科学计算机技术在牙颌系统中广泛应用,出现了很多更有效、更准确的新方法,其中有限元建模与分析法就是以上两者相互结合的代表产物.有限元方法在口腔牙颌系统生物力学中的成熟应用,建立准确、开放性强及快速的有限元模型与医学影像学技术的迅速发展是离不开的,而且此方法已成为口腔牙颌系统建模中的必然趋势.而颞下颌关节作为口腔牙颌系统最为复杂而且细致的组织结构,应用有限元法对其进行生物力学分析研究时,对模型的几何相似度和力学相似度提出更高的要求.本研究应用薄层螺旋CT扫描技术和MRI技术获取拥有全牙列的下颌骨的影像信息,并将获取图像进行不同图像融合,同时结合大型科学计算软件——有限元软件,对薄层断层的不同影像资料进行分析处理.建立了较为精确、应用方面较为广泛的拥有全牙列的下颌骨及颞下颌关节整体的三维有限元模型.初次进行CT影像和MRI影像的图像融合,使用大型科学计算软件进行各类图片资料的的识别,并将所获取数据输入至三维有限元软件,提高了有限元建模效率,适合于口腔医学专业技术人员对有限元模型的预处理,建立颞下颌关节整体的三维有限元模型.图像融合技术的应用使得关节窝、关节盘和髁状突的解剖结构显影更为清楚,从而使颞下颌关节整体有限元模型的建立更为精确、可行.在所建立的颞下颌关节有限元模型上模拟紧咬和侧方等功能性下颌运动,在不同功能运动时分别进行生物力学的有限元分析,获取应力分布数值,确定口腔颌面外科术中颞下颌关节正常位置,为功能状态下颞下颌关节和下颌骨损伤后的力学分析模拟奠定了基础.同时对部分颞下颌关节盘穿孔及前移位的病例进行局部建模分析.

目的:利用螺旋CT和MRI扫描图像,探讨利用图像融合技术对颞下颌关节(TMJ)整体软、硬组织进行三维重建的方法,为TMJ的生物力学研究及其临床分析提供依据,探索新的、更有效的构建三维有限元模型的精确方法.创建拥有全牙列的正常人颞下颌关节有限元模型,为颞下颌关节结构和功能研究的精细化提供较科学的、理想的数字化分析工具及分析基础.在所建立的颞下颌关节有限元模型上模拟紧咬状态和侧方等功能运动,在不同功能运动时分别进行局部生物力学和整体生物力学的有限元分析,获取应力分布数值,确定颌面外科术中颞下颌关节正常位置,为髁状突骨折、正颌外科手术、颞下颌关节置换等提供强有力的、说服性强的科学依据.建立包括颞下颌关节的人头颅整体的数字化模型,为口腔颌面部手术及损伤修复提供新途径,搭建数字化分析为基础的技术平台.方法:1)应用不同影像技术获取颞下颌关节三维图像信息的实验研究:①颞下颌关节的螺旋CT扫描与三维重建选择1例正常发育、面部骨性结构无异常,无明显错合畸形的正常个体1名,对该个体的颞下颌关节及颏部进行标记,同时对双侧颞下颌关节、下颌骨、部分上颌骨和颅骨进行三维螺旋CT扫描,以为0.625mm/0.625mm扫描层厚/层距,获取头面部断层整体数据,扫描后结果以DICOM格式存储.将CT扫描获得的医学信息资料直接输入至MIMICS12.0软件中.首先选择自TMJ关节窝顶上方3mm到下颌骨最下缘和下颌角所在的断层为建模范围,将这些层面影像导入到MIMICS软件中,以交互式方式读入DICOM格式的CT数据,将编辑和分割工具可以使用户处理数据,以选择关节盘、韧带、骨骼等组织.根据螺旋CT扫描的关键参数,选择合理的颅颌面部软、硬组织所对应的灰度阈值范围,直接进行影像文件资料的识别与转化,并以三维方式显示.选择模块优化部分,选择光顺处理图标的优化功能将完成模块的自动修复和优化;②颞下颌关节的MRI扫描及三维重建将对同一个体进行双侧颞下颌关节整体区以扫描平面分别为垂直于髁突长轴,进行斜矢状向扫描,层厚1.5mm,无间隔扫描方式进行MRI扫描,获取双侧TMJ断层影像数据.将MRI扫描获得的医学信息资料直接导入MIMICS12.0软件中.定义三维空间平面,利用阈值分割及区域增长和人工修补3种方式进行图像分割.所需的组织提取后,再利用Mimics3D Matic功能生成三维模型,将重建完成后的三维模型以三角形网格文件格式STL格式文件输出并保存.颞下颌关节CT及MRI数据的图像融合分别在已完成的三维重建下颌骨(包括骨表面与骨容积)、颞骨(双侧节窝部分)、下颌牙列和关节的盘模型数据中,读取各相对区域的球状标志物,进行分割寻找其重心及空间结构和位置关系.基于11标志点的对应关系进行配准.基本确定髁突和关节窝的相对于颞下颌节盘空间三维位置.最后根据TMJ整体软、硬组织解剖位置的匹配关系进行精细调整,完成TMJ整体的三维图像融合.最终以可直接被有限元分析软件所应用的三角形网格文件格式STL文件格式保存处理.2)颞下颌关节有限元模型的建立研究在螺旋CT扫描和重建结果的基础上,对已构建的以颞下颌关节主体区域的三维几何模型进行手工划分的方式构建网格划分处理.设定颅颌面骨软、硬组织表面和其边界条件,对骨组织、关节盘及关节韧带等组织均采用三维几何四面体(三角面片)的形式进行网格划分,建立正常个体颞下颌关节整体的三维有限元模型.3)颞下颌关节有限元模型运动功能的有限元分析研究在颞下颌关节整体有限元模型构建中,上颌骨上方作固定约束控制、约束控制正中矢状剖面区域的所有节点及颞骨关节窝顶部区域所有节点的自由度,限制模型的整体移位变化.应用有限元软件包ANSYS系统,对牙尖交错紧咬合时及侧方功能运动进行模拟分析研究.对该功能性运动下颞下颌关节盘移动的特点及应力分布情况进行分析,确定功能运动下关节盘的形变及其规律.同时,对部分颞下颌关节盘穿孔的病例和颞下颌关节盘前移位的病例进行局部建模和分析.结果:1)应用不同影像技术获取颞下颌关节三维图像信息的实验研究:①颞下颌关节的螺旋CT扫描与三维重建三维螺旋CT分辨率由于高于单一空间,能确保多空间高分辨率,在头面部组织结构三维重建领域中具有独特的优越性.本研究对正常个体的双侧颞下颌关节、下颌骨、部分上颌骨和颅骨进行扫描,共获取了465个CT扫描断层.MIMICS12.0(交互式医学图像控制系统)是可以显示和分割图像,对图像进行渲染、栅格化及三维重建的交互式图像工具软件系统.它能完成复杂曲面结构的重建,本研究对获取的465个扫描断层进行三维重建,获得了包括双侧颞下颌关节、下颌骨、部分上颌骨和颅骨的三维几何模型,并对三维几何模型进行优化及升级,优化后的模型文件以三角形网格文件格式,即STL格式保存,可直接被有限元软件系统所应用,并进行有限元建模和一系列的有限元分析处理;②颞下颌关节的MRI扫描及三维重建MRI扫描同样具有极高的空间分辨率,尤其是对软组织(本研究中为关节盘)的分辨具有独特优势.本研究对同一个体的头颅和双侧颞下颌关节区进行冠状和斜矢状向扫描,层共获取双侧TMJ扫描断层影像406.对获取的406个MRI扫描断层,通过MIMICS12.0软件进行重建,获得了正常个体的颞下颌关节关节盘,关节韧带的三维几何模型,完成了正常人颞下颌关节整体软组织影像的三维重现、重建及优化处理;③颞下颌关节CT及MRI数据的图像融合本研究在完成的三维重建下颌骨(包括骨表面和骨容积)、颞骨(双侧关节窝部分)、下颌牙列和关节盘模型数据中,读取相对区域的球状标志物,进行分割寻找其重心及空间结构和位置关系.基于11标志点的对应关系进行配准.基本确定髁突和关节窝的相对于颞下颌节盘空间三维位置.根据TMJ软、硬组织解剖位置的匹配关系进行细致化调整,完成TMJ的三维图像融合.采取人工介入选择特征点的交互式轮廓提取方式与自动提取轮廓分别构建软硬组织三维几何模型,同时对构建的三维几何模型进行优化处理,最后可以三角形网格文件格式,即直接被有限元软件所应用的三角形网格文件格式STL文件格式保存.2)颞下颌关节三有限元模型的建立研究采用手工划分网格的方式对获取的医学信息建立网格结构,其中网格结构单元为四面体(三角面片).本研究最终获得的正常个体颞下颌关节整体的网格由55710个单元和26493个节点所组成;在获取的整体网格基础上,正常人头面部软组织有限元模型由有限元软件ANSYS中构建并获取的有限元模型由69902个单元和33589个节点所组成.该模型在一定程度上反映了颞下颌关节的生物力学性能(各向异性及关节盘的弹性及双相特性),具有真实性、有效性,为进一步进行颞下颌关节整体有限元模型的生物力学分析创造了条件和基础.建模过程需要大量人工手工网格划分及数学计算过程,耗时较长,需要大量工作来保证精确性.3)颞下颌关节有限元模型功能运动下的有限元分析研究下颌侧方运动时,同侧关节盘(工作侧)与对侧关节盘(非工作侧)的应力分布有所不同.同侧关节盘承担的较高应力,该应力位于关节盘的后带及关节盘的侧方部.由于颞下颌关节关节盘压迫颞骨下壁,同侧关节盘-髁状突复合体的侧方附着带处于扭曲状态,因而此区域也是最易受损或穿孔的区域.髁突向上、后、内侧移动,关节盘在与髁突一同向后、向上运动的同时,在髁突表面相对髁突做向前的转动是牙尖交错位紧咬时髁突与关节盘的特点;同时关节盘的应力值明显小于髁突表面的应力值,而且关节盘内表面的应力与关节盘外表面的应力分布相似,关节内力通过髁突、关节盘和关节窝相互间的接触关系以及关节盘的缓冲作用下得以传递和分散.结论:本实验应用螺旋CT和MRI扫描图像,利用图像融合技术对颞下颌关节整体软、硬组织进行三维图像的重建,获取了新的,更有效的构建三维有限元模型的精确方法;创建了包括全牙列的正常人颞下颌关节整体有限元模型,为颞下颌关节的研究提供了理想的数字化分析工具.并在其基础上模拟了颞下颌关节牙尖交错咬合和侧方等功能运动,同时在不同功能运动时进行了有限元分析处理,获取应力分布数值,为髁状突骨折、正颌外科手术、颞下颌关节盘手术、颞下颌关节置换等提供了可信度较高的科学依据.研究结果表明:1)本研究不仅介绍了一个颞下颌关节有限元模型建立的完整方案,同时着重于不同功能性运动位,颞下颌关节整体有限元模型的建立,模拟了不同颞下颌关节功能性运动,为颞下颌关节动态性研究提供了科学依据;2)本研究提出了两种高精度影像数据的图像融合在构建有限元模型中的优势,不同图像融合技术使得髁状突、关节盘和关节窝的解剖结构显像更为清晰,从而使颞下颌关节整体区有限元模型的建立更为精准.该模型的建立为后期进行功能状态下颞下颌关节和下颌骨损伤的力学分析模拟奠定了基础;3)这项技术在所建立的模型上模拟颞下颌关节牙间交错咬合和侧方等功能运动,在不同功能性运动时分别进行有限元分析研究,获取应力分布数值,确定功能颌面外科术中颞下颌关节正常位置,为髁状突骨折、正颌外科手术、颞下颌关节置换等提供真实、可信的科学依据.在临床应用方面具有实际价值和推

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第三篇医学格式论文范文模板:基于多尺度数字X光图像增强方法的研究

在开发研制数字X光影像仪的过程中,我们发现在CR图像系统中,从图像的获取,到图像的传输、输出(显示)等等,每一个环节都可能降低图像质量,同时由于人体结构和组织的复杂性以及成像系统中的X线散射等各种不利因素的影响,导致图像质量的下降,主要表现为细节模糊、对比度差,极大地影响了医生诊断的准确性.为此,有必要对数字X线医学图像进行增强处理,以改善其视觉质量.

论文综述了国内外现有医学图像增强方法的特点及缺陷,指出在空间域和频率域单尺度处理方法的局限性.针对现有医学图像增强方法的缺陷,提出了基于频域多尺度小波变换和基于空间域的多尺度Retinex(MSR)图像增强方法.研究内容如下: 首先根据人体胸腔X光图像的特点,提出了针对胸腔图像中不同区域的小波增强算法,试验表明该方法能够有效地增强胸腔图像中较亮区域的细节信息,而且能够适当地增强胸腔图像中较暗区域的肺部纹理信息,克服了一般小波增强算法中整个胸腔区域相同增益强度造成的不良情况.

提出了在图像小波变换得到的高频小波系数进行高频增强的同时,对低频尺度系数进行自适应直方图均衡的图像增强算法,该方法能够在增强图像边缘信息的同时能够根据图像的灰度直方图的特点自适应地增强图像的对比度,克服了大多数基于小波变换的图像增强算法只能通过增强图像的高频信息来改善图像质量的局限性,实验结果说明了该算法的有效性.

提出了把基于人眼视觉原理的Retinex模型的多尺度Retinex(MSR)算法应用到数字X光图像处理中,它既能有效地实现数字X光图像对比度的增强,同时又能够有效地压缩图像的动态范围,试验表明它能够有效地提高图像暗区内细节的可视度,对提高医生的临床诊断准确性有很大的帮助.

在研制数字X光影像仪系统过程中,我们提出在数据采集系统中利用基于PCI总线的DSP来完成图像数据的采集、医学格式、简单处理等功能,为此在DSP评估板上实现了CR图像的提升格式小波变换,并研究了DSP和PCI总线芯片的接口关系.

第四篇医学格式论文范例:计算机辅助个体化导航模板在膝关节置换中的应用基础研究

研究背景

随着社会老龄化,骨性关节炎(osteoarthritis,OA)己成为人类最常见的骨关节疾病.目前,骨性关节炎的治疗仍然是医学界的一大难题,早期通常采取保守治疗,但往往不能达到预期的疗效,其结局多是需要进行人工关节置换术,这可以解决患者疼痛,提高生活质量.

人工全膝关节置换术的成功与否及对临床疗效的影响因素研究,一直是人们关注的问题,要取得好的临床远期疗效,对于适应症的选择、假体的选定、手术技巧的准确及围手术前的管理都很重要,尤其在很大程度上对手术技巧的要求,既要在三维空间上准确截骨、假体立体安置,实现膝关节置换术后生物力学的再复制.文献报道除了感染、脂肪栓塞等一般并发症之外,高达50%的早期翻修术与力线不当、假体摆位不当及关节失稳有关.因此,为了获得更好的远期随访效果,解剖重建下肢生物力学轴线和假体旋转轴线是人们不断探索和追求的最终目标.

传统全膝关节置换手术通过术前X线片检查和术中机械导向装置进行髓内、髓外定位截骨,术者凭借肉眼、手感和经验来定位解剖标志、下肢力线和假体旋转轴线,然后手工划线截骨、假体放置和软组织平衡.这种基于肉眼对肢体和假体的观察完成的对位、对线有很大的主观性,直接影响了该定位方式的可靠性和手术的精确性,甚至导致手术的失败.而且传统的髓内定位有潜在感染和脂肪栓塞的风险.

随着计算机科学与技术的快速发展,使得人类社会进入了数字化时代,人们纷纷结合本学科或本专业工作实际,充分借助以数字输入为特色的计算机技术,探究、开发和应用了一大批功能实用、性能卓越的软件系统,从而应用于实际工作,极大地提高了工作质量和效率.医学领域也不例外,为了突破传统TKA术式的局限性,计算机辅助骨科技术(CAOS)就是数字医学发展的产物,它是医学影像技术、计算机技术和空间示踪技术的发展与结合,此技术亦称计算机手术导航,有对手术精确化、标准化控制的优势.计算机辅助人工膝关节置换手术系统旨在以其特有的精确度,解决手术医生困惑己久的难题,达到理想的手术效果.

自1997年1月Ken Krakow采用Opti-trak红外导航设备完成第一例全膝关节置换术后,导航技术在欧美得到了较为广泛的开展.对于导航系统而言,减小导航系统的误差,提高假体安装精确性的关键在于术前配准(registration),这是不同类型计算机辅助人工膝关节置换手术系统的基础,也是手术的关键步骤,它是通过体表标志或解剖标志定位,将病人个体骨关节信息与计算机系统进行几何学对应的输入与成型过程.因此,导航系统术前配准时会存在一定误差,因为,(1)、所有导航系统髋关节中心的确定依赖髋关节小范围运动,Victor和Hoste报道了导航下运动中心和影像学资料获得的懿关节中心相比有平均1.6mm的偏差(0-5mm);(2)、骨性标志的定位依然凭借术者肉眼、手感和经验判断;(3)、骨性标志的变异对导航结果的影响;三、指示器在骨性标志移动同样会影响导航测量轴线的准确性;(4)、导航系统无法准确定位假体旋转轴线,因为选择正确的外科参数仍没有得到解决;(5)、导航测量的轴线是在非负重位、髌骨完全脱位及内侧副韧带深层松弛的情况下,同正常轴线有一定的差异;(6)、导航系统本身存在的不稳定性.

文献报道导航可以提高假体对位、对线准确性,但导航系统仍采用传统术式相同的解剖标志定位下肢力线和假体旋转轴线,从而校准传统的截骨导板进行截骨,依然没有摆脱传统的定位参照和截骨器械,只是基于验证和校正错误力线的基础上提高手术准确性.所以,导航系统本身也没有很好的解决解剖重建下肢生物力学轴线和假体旋转轴线问题.另外,高昂的费用和较高的技术要求也限制了导航系统广泛推广应用.

因此,现行全膝关节置换方法均没有从根本上解决下肢生物力学轴线和假体旋转轴线的定位问题,仍然采用传统的手指触摸法,依靠个人经验和手感来判断和辨认骨性标志,从而定位截骨器械,依然没有摆脱主观性.

反求(RE)技术是通过扫描现有实物,在计算机内形成实物模型,再对模型进行调整和修改,从而达到设计目的.快速成型(RP)技术是在计算机的控制下,根据物体的CAD模型或CT数据等,通过材料的精确堆积制造物体的数字化成型技术.由于反求技术和快速成型技术相辅相成,从而组成了一种新的系统“反求技术复合系统”.

反求技术和快速成型技术均是新型工程学研究的方向,目前已显示了其重要的理论与现实意义,把两者相结合,应用于生物医疗领域,已逐渐成为该领域的研究新方向,其突出特点是分层叠加、善于制造复杂实体且具有极高的精确度,目前已广泛应用于颌面外科、神经外科、矫形外科等领域.近年来,该技术在骨科中的应用研究也逐渐增多,主要集中在实物模型和个体化导航模板两个方面.自Goffin1999年报道导航模板技术在椎弓根置钉的应用后,相继有文献报道采用导航模板在髋关节置换中髋臼中心的精确定位.我们团队在国内最早研究报道了脊柱椎弓根和髋臼中心准确定位的个体化导航模板技术,临床证实导航模板精确性,降低了手术复杂性.

但是,利用反求技术在关节置换方面的应用,国、内外文献报道很少,主要集中于关节三维实体模型重建和个体化假体制作.2006年Hafez等人首次提出了个体化截骨模板在膝关节置换中的应用,并在尸体上进行了预实验,取得了极好的效果,具体方法是利用反求技术制作出与股骨远端和胫骨近端匹配的个体化截骨模板.这种新的膝关节置换方法,打破了传统采用厂家提供的截骨器械截骨,采用计算机辅助配准技术获得假体型号和患膝截骨平面,再利用反求技术制作出个体化截骨模板,实现了膝关节置换的解剖截骨.但该方法设计过程复杂,截骨模板设计结构粗大.同时该模板设计的主要缺点是没有术前下肢机械轴和旋转轴的合理计划、模板体积过大、制作时间长、缺乏足够的稳定性等问题.

因此,如何进一步应用数字化医学技术进行膝关节置换术前详细的规划与设计,探讨三维CT辅助下肢生物力学轴线的精确定位,研究如何通过逆向工程技术实现个体化精确截骨,获得准确的假体旋转轴线及正确的对线、对位,从而实现膝关节生物力学特性的再复制,最终利用快速成型技术制作简便易行的个体化导航模板实现全膝关节置换的精确操作,不仅是当前医学界面临的挑战,也是提高患者生活质量,保护我国有限的医药卫生资源,关乎社会经济发展的重要课题.

目的

本项目拟在数字医学研究的基础上探讨膝关节置换的虚拟化操作与设计,利用现代影像学、电脑图形图像处理、计算医学、现代临床解剖学和骨科学相结合进行跨学科、多学科交叉研究,探索二维与三维空间内下肢相关轴线的客观、精确定位,设计一款能辅助精确定位截骨平面和相关力学轴线的导航模板,从而保证膝关节置换截骨的准确性,最后利用快速成型机制作得到实体模板进行实际临床应用.

方法

(1)、CT原始数据与下肢三维模型数据库的建立:64排螺旋CT连续扫描下肢,扫描条件:电压120Kv,电流150mA,层厚0.625mm,512×,512矩阵.在CT工作站中,通过调整图像灰度、增加对比度等对图像观察细节进行调整,得到清晰骨窗断层图像后,将其保存DICOM格式的文件.将DICOM格式文件导入图像三维重建软件Mimics10.01中,利用软件自带的域值设定Bone(CT),三维重建模型,建立备用数据库,最后,数据以“STL”格式保存于电脑.

(2)、应用Geomagic Dtudio10.0软件对",STL",格式的数据进行实体化操作,重建步骤包括了点云数据处理,曲面重建和三维实体,分析下肢生物力学轴线的定位方法,最后数据以",IGS",格式保存于电脑.

(3)、“IGS",格式的数据在逆向工程软件ProE中进行相关操作处理,包括:①虚拟操作膝关节置换过程;②设计一个与股骨髁和胫骨平台匹配的能定位股骨远端和胫骨近端截骨面以及股骨外旋轴的个体化导航模板,

(4)、利用快速成型机,通过光固、烧结、粘结等工艺将材料逐层添加上去,最终转化成实体模型进行实际膝关节置换操作,

(5)、影像学扫描,测量置换前后在冠状位、矢状位及轴线位上的各轴线及下肢力线,最后统计学分析实验数据,得出实验结果.

研究内容

(1)、CT原始数据与下肢三维模型数据库的建立:健康成人下肢CT连续扫描数据6例(年龄65~70岁,平均68.5岁),扫描条件:电压120Kv,电流150mA,层厚0.625mm,512×,512矩阵.在CT工作站中,通过调整图像灰度、增加对比度等对图像观察细节进行调整,得到清晰骨窗断层图像后,将其保存DICOM格式的文件.将DICOM格式文件导入图像三维重建软件Mimics10.01中,利用软件白带的域值设定Bone (CT),三维重建模型,建立备用数据库.重建得到的数据以STL格式保存于电脑,应用Geomagic Dtudio10.0软件进行点云数据的实体化操作,重建步骤包括了点云数据处理,曲面重建和三维实体.

(2)、成年尸体下肢标本20具,男10具,女10具;年龄50~65岁,平均60岁.标本随机分为导航模板组和传统方法组,每组10具20个膝关节行全膝关节置换术.术前导航模板组采用CT扫描下肢全长,利用逆向工程软件对CT数据进行处理,计算机内设计得到一款与股骨远端和胫骨近端匹配的可定位截骨平面和外旋轴的导航模板,最后通过快速成型机制作模板实物用于导航模板组尸体标本的全膝关节置换手术操作.实验由同一位具有临床经验但无实际关节置换操作经验的骨科医生分别采用传统方法和导航模板法行全膝关节置换手术.术前观察导航模板与股骨髁和胫骨平台匹配性,术后通过CT扫描比较两种方法定位截骨的准确性.

(3)、临床30例临床患者进行导航模板定位截骨手术,术前CT扫描下肢全长,利用逆向工程软件对CT数据进行处理,计算机内设计得到一款与股骨远端和胫骨近端匹配的可定位截骨平面和外旋轴的导航模板,最后通过快速成型机制作模板实物用于术中全膝关节置换手术操作.实验由同一位骨科医生完成全膝关节置换手术.术前观察导航模板与股骨髁和胫骨平台匹配性,术后通过CT扫描比较两种方法定位截骨的准确性,术前、术后测量相关参数.

结果

Geomagic Dtudio10.0软件能准确重建下肢三维数字化模型,并精确定位下肢相关轴线,包括:下肢机械轴和胫骨平台倾斜轴线.

本组研究共设计和制作了70个数字化导航模板,辅助全膝关节置换50例.术前所有的导航模板和股骨髁与胫骨平台骨性解剖结构贴合紧密,无明显移动.

尸体实验导航模板组术后下肢力线偏差均小于3°,,而传统组术后下肢力线只有11例偏差角度在3°,以内,两者间术后纠正下肢力线疗效差异有统计学意义(x2等于10.384,P等于0.016).

临床应用证实,组件的额面测量:术后导航模板组FFC角平均偏差角度小于传统组,差异有统计学意义(t等于-17.911,P等于0.000).导航模板组全部患者内/外翻茎3.,传统组有25例患者内/外翻≤3°,.下肢力线导航模板组基本无明显偏差,传统组最高偏差7°,,术后下肢力线纠正差异有统计学意义(t等于-11.299,P等于0.000).导航模板组FTC角平均偏差小于传统组,差异有统计学意义(t等于-22.609,P等于0.000);组件的矢状面测量:导航模板组LFC角和LTC角平均偏差角度均小于传统组,差异均有统计学意义(P等于0.000).导航模板组平均手术时间比传统组缩短26分钟,差异有统计学意义(t等于-25.487,P等于0.000).导航模板组术中失血量比传统组少410~440ml,差异有统计学意义(t等于-38.112,P等于0.000).

结论

计算机辅助下能精确定位下肢相关轴线和模拟膝关节置换过程,经过虚拟化设计制作的导航模板与股骨髁和胫骨平台解剖贴合紧密,无明显移动,保证了术中定位解剖轴线的精确性.采用导航模板进行的膝关节置换其股骨远端、胫骨近端和股骨外旋截骨准确性均高于传统方法,而且该方法手术操作简

第五篇医学格式论文范文格式:像素级图像融合及应用研究

不同模态的医学图像都有优缺点,如果通过图像融合技术将CT、MRI图像的互补信息综合在一起,就能为医学诊断和治疗提供更加充分有效的信息依据.像素级图像融合能够提供其它层次上的融合处理所不具有的更丰富、更精确、更可靠的细节信息.本文以CT、MRI灰度图像为主要研究对象,在像素级上对医学图像融合方法与临床应用进行了深入研究.

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本文分析了非下采样Contourlet(Nonsubsampled Contourlet,NSCT)变换特点,通过优化滤波器组合,选取合适的分解层数,调整低频子带和高频子带融合规则等对NSCT变换图像融合算法的影响因素进行了深入讨论,比较了不同条件得到的融合结果,全面分析了各种因素对融合性能的影响.提出了低频子带区域能量取大,高频子带方差加权取大和绝对值取大相结合的融合算法,融合质量及各项指标都有明显提高,并验证了方法的有效性和普遍性.理论分析和实验结果证明:选取合适的滤波器组合,即使分解层数较少,方向数不大,配以合适的融合规则,就能够获得理想的融合效果,可有效减少融合算法的复杂度.

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