髋关节医学影像分析软件的开发

髋关节医学影像分析软件的开发

摘     要

全髋关节置换术(THR)是一种以髋关节植入物取代病变髋关节的外科手术。由于每个人的髋关节的大小和形状差异很大,而植入物与髋关节的匹配程度对手术效果影响很大，所以为病人选择合适的植入物至关重要。我们开发了一套髋关节医学影像分析软件，来辅助植入物选型。

基于需求分析，软件分为图像读入与显示模块、图像预处理模块、图像分割模块、三维重建及交互模块、特征参数测量模块、假体模板模拟装配模块以及Leap Motion体感交互模块七个模块，并对各模块设计依据，主要功能，实现方法以及操作方法进行了详细的描述。

开发完成的软件以通用的DICOM格式医学影像为研究对象，对采集和筛选出的髋关节影像信息，利用VTK函数库进行三维重建，构建髋关节模型，来研究髋关节特性。软件通过标定股骨体轴、股骨颈轴与股骨头拟合圆心三个特征线或点，以及测量股骨头半径、股骨头偏移距离、股骨颈偏移角、股股骨体髓腔内径等特征值，来描述髋关节的特征。同时，软件还支持将髋关节植入物外形以模板形式导入，通过交互，可在平面图像中模拟植入物与股骨装配的过程，并可直观的观察装配效果，从而进行髋关节植入物的选型。考虑到用户不方便使用鼠标的情况，基于体感控制的交互模式也被引入系统中。

完成该软件系统的开发以后，本文从软件的有效性、稳定性两个方面进行了验证。结果表明本软件可以基本完成开发目标，并能保证一定的准确性。

关键词：髋关节，三维重建， VTK， 特征值测量，植入物选型

Abstract

...

摘     要 I

Abstract II

1  绪论 1

1.1项目背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3课题研究目的 4

1.4 课题研究内容 4

2  髋关节医学影像分析软件的需求分析及功能设计 6

2.1. 软件的需求分析 6

2.1.1. 需求分析总体思路 6

2.1.2. 髋关节医学影像分析软件的需求描述 6

2.1.3. 软件的功能需求分析 7

2.1.4. 软件的性能需求分析 7

2.1.5. 软件的可靠性需求分析 8

2.1.6. 软件的界面需求分析 8

2.1.7. 软件的交互模式需求分析 8

2.2. 软件的配置 8

2.2.1. 软件开发平台 8

2.2.2. 软件开发语言 10

2.3. 软件的功能描述 10

2.4. 软件的功能模块划分及设计 11

2.4.1图像读入显示模块的设计 12

2.4.2图像预处理模块的设计 12

2.4.3图像分割模块的设计 12

2.4.4三维重建及交互模块的设计 13

2.4.5特征参数测量模块的设计 14

2.4.6假体模板模拟装配模块 16

2.4.7 Leap Motion体感交互模块 16

2.5. 本章小结 16

3  髋关节医学影像分析软件的各模块关键算法设计及功能实现 17

3.1 软件主界面设计 17

3.1 软件图像读入与显示模块的实现 18

3.2 图像预处理模块的实现 20

3.3 图像分割模块的实现 20

3.4 三维重建及交互模块的实现 21

3.5 图像测量模块的实现与操作说明 21

3.6假体模板模拟装配模块的实现与操作说明 25

3.7 Leap Motion体感交互模块的实现与操作说明 26

4  髋关节医学影像分析软件的系统验证 27

4．1软件系统的有效性验证 27

4．2软件系统的稳定性验证 34

结论与展望 36

致谢 38

参考文献 39