基于磁敏感加权成像的快速脑静脉分割与再连接技术

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本课题的研究目的是实现磁敏感加权成像中脑静脉的分割与再连接,获得连续性良好的静脉,并进行三维可视化。研究中使用的材料有目前临床上普遍使用的3T脑部磁敏感加权图像、针对3T图像的仿真数据和实验室条件下获取的7T脑部磁敏感图像。  针对课题目标,使用上述原始数据,研究中主要进行的工作和获取的成果主要包括以下几个方面:  磁敏感加权图像的合成。3T临床数据和7T实验数据均为幅值图和相位图,在进行静脉提取之前需要合成磁敏感加权图像。该过程使用改进的BER-SWI方法进行,合成的磁敏感加权图像有效增强了静脉的对比度。  脑静脉的初步分割。为了保证静脉提取的准确性,首先将静脉特征最明显的区域提取出来,以此作为后续处理的种子点。为实现这一目标,提出基于血管增强滤波的动态阈值方法。在3T临床图像和仿真数据中,该方法都准确地提取出了大部分静脉,获得了优于传统方法的效果。  脑静脉的再连接。初步分割获取的静脉存在连续性差的问题,为了增强静脉的连续性,提出基于血管增强滤波的动态阈值定向区域生长方法,进行静脉再连接。在3T临床图像、7T实验图像和仿真数据中,该方法都成功实现了静脉的再连接,获得了连续性良好的静脉,同时避免了传统定向区域生长算法存在的误分割问题。  性能提升。原有的SWI合成和预处理程序处理速度十分缓慢,影响方法的测试、应用和进一步研究工作。为了加快处理速度,在简化处理流程、优化算法设计以及采用GPU计算三方面进行改进。改进的程序将SWI合成和预处理的计算时间从2个多小时缩减到6分钟以内,处理速度提高了20余倍。  软件平台搭建。在Visual C++环境下,将ITK、VTK、Matlab和CUDA等计算工具集成起来,使其在整个处理流程中发挥各自的优势。由于涉及多种计算工具,开发了一个数据转换模块,简捷高效地实现不同工具之间的数据交换。同时设计了一个简单的用户界面,方便进行测试、实验和进一步应用。
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