神经导航中MRI图像脑肿瘤自动检测分割及DT-MRI研究

【摘要】脑肿瘤日益严重地危害着人类生命安全和身体健康,而神经外科手术是一种最直接有效的治疗方法,但是它也充满着风险性和挑战性。高质量的神经外科手术要求医生在完全切除病灶的同时能完整保留重要的神经结构。因此,术中对脑肿瘤和正常组织的精准定位成为神经外科手术的关键。神经导航系统,因其能够有效地提高手术精度、缩短手术时间、减少手术创伤以及并发症,被广泛地应用于神经外科手术中。但是,在神经导航系统的引导下切除脑肿瘤时,脑肿瘤边界模糊、纤维束不准确提取等因素会影响导航的精度,进而影响手术质量。因此,自动、准确检测和分割脑肿瘤,精确提取神经纤维束成为神经导航系统精度提高的关键所在。本文以提高神经导航系统的精度为目标,系统地研究了导航系统中的脑肿瘤自动检测与分割和纤维束提取的理论、方法。全文的主要研究内容由以下三部分内容组成：第一部分,基于大脑对称性及滑窗技术的MRI脑肿瘤自动检测与分割方法。首先,肿瘤的自动检测是采用径向基函数支持向量机通过提取图像的灰度特征和对称特征实现的；其次肿瘤的自动分割是基于滑窗技术通过检测和提取最不相似区域实现的。滑窗技术的使用,为大脑图像的分割提供了新思路和新方法。实验结果表明,该方法能够为医生诊断是否患有脑肿瘤提供辅助参考；肿瘤分割精度良好,与有经验的3位医生手动分割的平均结果基本吻合。第二部分,压缩感知在弥散张量磁共振成像中的应用研究。为了解决弥散张量磁共振成像过程中扫描时间长、数据量大、处理耗时等问题,基于弥散张量磁共振成像图像在傅立叶空间稀疏性,文中提出了采用星射线采样和共轭梯度算法重构的压缩感知方法完成弥散张量磁共振成像扫描,保持图像高精度的同时降低采样频率、节约扫描时间、减少数据量。实验结果表明,将优化后的压缩感知方法用于弥散张量磁共振成像,在保证成像质量的前提下,成像时间可节约30%左右。第三部分,基于哈密顿一雅可比方程的纤维束提取的优化方法。通过研究种子点的漂移对纤维束提取的影响,发现种子点位置的不确定性在一定程度上影响纤维束提取的结果。为了保持纤维束提取的稳定性,文中创新性地将轮廓跟踪算法用于纤维束提取,这不仅提高了纤维束提取的自动化程度,同时也提高了纤维束追踪的稳定性。改进了原方法中选取两个种子点的方法,而选择一个种子点提取纤维束,减少计算量的同时提高了该方法的稳定性。以种子点为中心划定一个球形区域,缩小后续计算范围,这样大大减少了计算量。实验结果表明,该方法提高了纤维束追踪的效率,也提高了纤维束提取的自动化程度。综上所述,脑肿瘤分割的自动检测与分割方法,自动选取种子点的纤维束提取优化方法,为手术导航系统向高精度、智能化方向迈进提供了可能性。同时将压缩感知用在弥散张量磁共振成像中以降低扫描时间,为手术导航系统向术中成像导航系统的扩展应用提供可能性。
【作者】连燕云；
【导师】宋志坚；
【作者基本信息】复旦大学，医学信息学，2011，博士
【关键词】脑肿瘤检测；脑肿瘤分割；纤维束提取；压缩感知；弥散张量磁共振成像；神经导航；MRI；

【参考文献】
[1]欧小松.四川省电子政务网管中心业务管理信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[2]杨东方.法兰接管马鞍曲面加工专机CNC系统研发[D].兰州理工大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[3]舒琅.基于社会网络分析的项目管理学科热点和主流知识群的研究[D].浙江大学,2010.
[4]陈小军.多中心治理视角下我国劳动者职业安全治理研究[D].山东财经大学,社会保障,2013,硕士.
[5]叶森,白卫平,王春文.SDH网管的使用[J].广播与电视技术.2003(10)
[6]李耀宾.中国塑料加工工业协会贺信[J].国外塑料.1991(01)
[7]郭媛媛.民国时期上海地区旗袍设计研究[D].淮北师范大学,美术学,2014,硕士.
[8]李强.应用于卫星导航系统的微带天线设计[D].杭州电子科技大学,电磁场与微波技术,2011,硕士.
[9]叶丹丹.室内设计手绘表现研究[D].广东工业大学,设计学,2014,硕士.
[10]吴利丰,刘思峰,闫书丽.区间灰数序列的灰色预测模型构建方法[J].控制与决策,2013,12:1912-1914+1920.
[11]吕静.无线传感器网络中最小连通传感器覆盖问题的研究[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2013,硕士.
[12]王文敬.LTV公司H-4高炉大修后的自动控制系统[J].冶金自动化,1990,03:60-61.
[13]马旭弘.多中心治理视角下泉州市科技馆管理模式研究[D].华侨大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[14]李倩倩.稀土掺杂GaN的第一性原理研究[D].河北工业大学,材料物理与化学,2013,硕士.
[15]蔡惠萍.中国画市场定价机制研究[D].河北师范大学,美术学,2013,硕士.
[16]汪蕾.我国保险合同不可抗辩条款研究[D].华侨大学,法律,2014,硕士.
[17]陈晓阳.用于钢轨轨底缺陷检测的电磁超声换能器设计[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2014,硕士.
[18]梁修敬.朝鲜王朝与明朝殿试策问比较研究[D].南京师范大学,应用文体学,2014,博士.
[19]许淑珍.EGCG通过抑制溶酶体途径增强宫颈癌细胞对顺铂的敏感性[D].浙江大学,营养与食品卫生学,2014,硕士.
[20]宫文峰.倒装芯片键合头力学特性研究与结构优化[D].桂林电子科技大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[21]王璐.ERP环境下房地产企业资金管理研究[D].山东财经大学,会计（专业学位）,2014,硕士.
[22]吴丹.论ECFA框架下投资争端解决机制的构建[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[23]甘桂香.浏阳市农村初级中学体育教学内容现状调查与分析[D].华中师范大学,体育教学,2014,硕士.
[24]张娜.认知行为干预和个体化信息支持对早产孕产妇焦虑抑郁的影响[D].吉林大学,护理学,2013,硕士.
[25]苏曼曼.基于整车模型的沥青路面平整度评价方法研究[D].长安大学,道路与铁道工程,2014,硕士.
[26]郑伟.等离子弧热—力作用随穿孔过程的实时调整[D].山东大学,材料加工工程,2013,硕士.
[27]尹渭莉.“90后”大学生网络政治参与有序性研究[D].福建师范大学,社会学,2013,硕士.
[28]蓝引乐.儿童难治性支原体肺炎肺泡灌洗液细胞因子水平及激素疗效分析[D].浙江大学,儿科学,2013,硕士.
[29]杨明,孙志挥,宋余庆,陈耿.频繁项目集的快速增量式更新算法[J].应用科学学报,2003,04:367-372.
[30]陈岚.企业资源计划在出口信用保险管理中的应用研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[31]王斌,罗彬,宋琪,李祥龙,智林杰.石墨烯气溶胶的锂离子电池性能研究[A].中国化学会.中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C].中国化学会:,2012:1.
[32]李卓.利胆化湿汤治疗肝胆湿热型慢性胆囊炎的临床观察[D].黑龙江中医药大学,中医内科学（专业学位）,2014,硕士.
[33]尚福财.基于超材料的微带圆极化天线的研究与设计[D].华东师范大学,电磁场与微波技术（专业学位）,2013,硕士.
[34]毕文姬.纳米材料电化学免疫传感器的研制及其对SirT1蛋白的检测研究[D].华东师范大学,分析化学,2013,硕士.
[35]金鹏.微电网分层控制与优化运行研究[D].华北电力大学,电力系统及其自动化,2014,博士.
[36]朱燕.大学生志愿者领导力培养研究[D].华东理工大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[37]李端杰.浅析现代高校校园环境设计——山东建筑大学映雪湖规划设计构思[J].高校后勤研究.2006(05)
[38]谭武平.洋葱可视化标记基因遗传转化与再生研究[D].华中农业大学,设施园艺,2014,硕士.
[39]肖敏.高校图书馆网站可用性研究[D].山东大学,图书馆学,2013,硕士.
[40]蒋颖.从目的论和市场营销角度论婴幼儿产品品牌名称的汉译[D].上海外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[41]吕洪日.智能家居控制平台的研究与设计[D].沈阳理工大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[42]党蓓,赵蕴华,赵志耘,郑佳.基于专利的官产学合作关系测度研究——以中韩石墨烯领域为例[J].情报杂志,2014,05:66-70.
[43]臧砚超.股骨干骨折快速复位器的设计和临床初步应用[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[44]吴天行,王为德.海上补给恒张力索道——载荷系统的振动特性分析与计算[J].舰船科学技术.1993(03)
[45]曾祥君,许瑶,陈博,张平,袁超.中性点不接地配电网电容电流实时测量新方法[J].电力系统自动化,2009,02:78-81+91.
[46]何宗见.基于Android的移动健康服务系统研究与设计[D].杭州师范大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[47]徐静.我国物流企业业务流程模式研究[D].四川大学,2003.
[48]江重光,傅培玉,孙仲宪,汪镭,吴启迪.智能蚁群算法[J].冶金自动化,2005,03:9-13.
[49]滕丕民.基于JSP的图书馆管理系统的设计与实现[D].南昌大学,计算机技术（专业学位）,2012,硕士.
[50]田喜.纽荷尔脐橙叶片营养代谢动态及光谱监测研究[D].西南大学,果树学,2014,硕士.