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肿瘤磁感应加温治疗是目前肿瘤治疗的研究热点,其中磁感应加温治疗计划系统是研究的重要内容。它涉及到医疗影像标准、图像处理、计算机图形学、可视化、生物医学、软件工程等多个领域的相关理论和技术。
本课题来源于广东工业大学承担的2004年国家自然科学基金项目“交变磁场中金属粒子诱导肿瘤热疗新方法的研究”。针对已研制的磁感应热疗样机设备,在处于研发阶段的热疗计划系统的平台上,综合应用数字图像处理技术、计算机图形学技术以及医学等领域的相关知识,主要从医学影像处理、三维重建算法、小鼠CT图像的三维重建和显示、影像数据的三维几何建模等几个关键问题展开研究。
本文分别从算法理论和实际应用的角度,对肿瘤热疗计划系统中医学影像的处理与建模的相关技术难点进行了深入分析。主要研究内容如下:
从国内外医学图像可视化的研究现状及应用范围出发,对医学CT图像三维重建的关键技术进行研究:包括图像的预处理,组织和器官的分割与提取,三维重建算法的基本原理和特点。
采用Fourier变换重建算法来讨论CT重建算法,运用Matlab工具软件与Amira应用软件相结合的方法,编写程序,实现对小鼠肺部CT图像的三维重建,为后续试验的进行提供了方法和依据。
应用.Amira软件对肿瘤患者的CT图像进行了三维立体建模,得到某些组织或器官的表面绘制,网格表面绘制,体表面绘制等三维可视化模型。根据这些三维可视化模型,不但可以从外形上判断组织或器官因病变而凹凸的情况,以及病变体大小形状,还能够得到实体的内部情况,取得较理想的建模效果。
通过hmira软件系统中的仿真软件包,对患者模型进行三维有限元仿真模拟,构造高仿真3D模型。同时,通过多通道显示技术来实现仿真模型的温度区域划分,指导医生可以用肉眼看到被治疗区域参数设定是否合适,更重要的是可以进行邻域鉴定,以避免重要的正常组织被影响,同时为热疗计划系统中的立体穿刺功能奠定了坚实的基础。
在写论文的过程中,本人曾在清华大学工程物理系医学物理研究所从事磁感应热疗计划系统医学影像处理与效果模拟研究的相关工作,并参与了清华同方威视股份有限公司磁感应热疗计划系统研发工作。