目录
摘要......................................................................................................................I ABSTRACT ........................................................................................................... II 第1章绪论. (1)
1.1课题研究的背景和意义 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.1医学图像分割的研究现状 (2)
1.2.2软骨分割的研究现状 (4)
1.3研究内容及章节安排 (5)
第2章医学图像的预处理 (6)
2.1医学图像简介 (6)
2.2医学图像预处理 (7)
2.2.1噪声处理 (7)
2.2.2基于插值的各向同性处理 (8)
2.3本章小结 (10)
第3章软骨组织的提取 (12)
3.1薄面体结构的强化 (13)
3.1.1 海森矩阵原理 (13)
3.1.2 局部薄面体结构的相似性度量 (14)
3.1.3 多尺度薄面体结构的判别 (16)
3.2非软骨组织的去除 (18)
3.2.1 基于灰度的软骨组织筛选 (19)
3.2.2 基于空间连通性的软骨组织筛选 (21)
3.3实验结果与分析 (22)
3.4本章小结 (27)
第4章软骨组织的边缘细化 (28)
4.1水平集原理 (28)
4.2水平集方法介绍 (30)
4.2.1 快速步进法 (30)
4.2.2 形状检测水平集算法 (31)
4.2.3 Canny边缘水平集算法 (32)
4.3基于可变区域能量最小化拟合的三维水平集算法 (33)
4.4实验结果与分析 (36)
4.4本章小结 (39)
第5章三维可视化与系统实现 (40)
5.1三维可视化重建 (40)
5.1.1 VTK简介 (40)
5.1.2 体绘制技术 (41)
5.1.3 面绘制技术 (44)
5.2系统框架 (46)
5.3系统运行效果 (48)
5.4本章小结 (50)
结论 (51)
参考文献 (52)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (56)
致谢 (57)
第1章绪论
1.1 课题研究的背景和意义
软骨是一种具有弹性的结缔组织，主要起着支撑与保护的作用。人在胚胎阶段，体内的大部分骨骼都是由软骨组成的。然而，在成年人的身体内，软骨只存在于极少的几个部分：骨关节面，鼻尖，外耳，气管，椎间盘等处[1]。在医学图像的处理领域，我们主要关注的是覆盖在骨关节面处的软骨组织，即关节软骨。
关节软骨属于透明软骨，由一种名为致密结缔组织的胶原纤维构成。关节软骨呈薄片状，一端紧贴于骨质，另一端朝向关节面，与紧贴于相邻骨骼的另一处软骨相对，但并不相连。关节软骨表面光滑，均匀一致，平均厚度在2~4mm，髌骨最厚，可达6~7mm[2]，并且，男性的软骨平均厚度略大于女性。成年人的关节软骨在解剖学下观察呈淡蓝色，有光泽。在扫描电镜下，关节软骨表面具有波纹结构，利于滑液在软骨表面滞留。当人在走动，尤其是剧烈运动时，骨关节处同时受到压力和摩擦力的影响。而关节软骨的作用就是缓冲骨骼受到的压力，减弱运动造成的摩擦。当关节软骨受到压迫时，会发生轻微的变形，由此保护骨骼。而在压力解除之后，软骨又会回复原形状。
软骨是身体内唯一不会发生癌变的组织，然而，关节软骨由于长期受到上下骨关节的摩擦，较容易发生磨损、破裂或是其他损伤。一般人从二十五岁起，关节软骨就会开始出现磨损。软骨具有自我修复功能，直径小于3mm的缺损可获部分或全部修复[3]。然而，随着人年龄增长，新陈代谢减弱，体内各器官组织逐渐衰落，软骨也变得越发脆弱，难以自我修复。很多常见的关节类疾病，如：半月板损伤、腰椎间盘突出、骨质增生、退行性关节炎等等，都是由于软骨损伤所造成的。
以退行性骨关节病为例，此病症又称骨关节炎，是一种常见的软骨相关疾病。骨关节病的临床表现为关节肿胀、疼痛，活动时有摩擦感，严重者伴有肌肉萎缩与关节畸形[4]。临床所见，骨关节炎大部分发生在老年人身上。据世界卫生组织统计，在50岁以上的人口中，骨关节炎的发病率约为50% ，55 岁以上的人口中，发病率约为80%。根据世界卫生部门的预测，到2020年，世界范围内的骨关节炎患者人数将占总人口的18％左右[5]。我国受骨关节疾病的影响尤其严重。目前，我国60岁以上的老年人口已经达到2亿以上，其中有一半以