医学影像分析和三维重建及其应用 [A Project Supported by Shanghai Jiaotong University Acedemic Publishing Fund] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨杰，乔宇 著

图书标签:

• 医学影像
• 影像分析
• 三维重建
• 医学工程
• 生物医学
• 图像处理
• 计算机辅助诊断
• 上海交通大学
• 学术出版基金
• 应用研究

出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313116987

版次：1

商品编码：11593443

包装：平装

外文名称：A Project Supported by Shanghai Jiaotong University Acedemic Publishing Fund

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数

内容简介

　　《医学影像分析和三维重建及其应用》以详尽和丰富的资料，系统地讲述了医学影像存储和预处理、医学影像自动分割和交互分割、医学影像的面绘制和体绘制、三维滤波、三维融合、三维交互的基本概念和基本原理，并列举了在相应领域具有参考价值的算法及其改进和应用，是作者多年来教学和科研实践的成果。

内页插图

目录

第1章 医学影像存储和预处理
1.1 DICOM医学影像存储标准
1.2 图像的分类
1.3 医学图像预处理

第2章 医学影像自动分割
2.1 医学影像精确分割算法——国土纷争算法
2.2 活动轮廓模型及其在医学图像分割中的应用
2.3 基于灰度矩的水平集曲线演化医学图像分割
2.4 基于参数形变模型的自动分割方法
2.5 基于GPU加速的Graph Cuts分割

第3章 医学影像交互分割
3.1 基于嵌入边缘置信度的活动线分割方法
3.2 基于元胞自动机理论的分割

第4章 医学影像的面绘制
4.1 常见的表面重建算法
4.2 基于广度搜索的表面重建算法
4.3 多分辨率网格建模

第5章 医学影像的体绘制
5.1 体绘制的理论与方法
5.2 蒙特卡罗体绘制算法
5.3 分形体绘制
5.4 基于小波域的体绘制算法
5.5 基于硬件加速的大数据高质量体绘制算法

第6章 医学影像的三维处理
6.1 医学影像的三维几何滤波
6.2 医学影像的三维融合
6.3 迭字影像的三维交互
6.4 总结

第7章 面向颅面整复外科虚拟手术的医学影像处理技术
7.1 虚拟手术中的三维碰撞检测算法
7.2 基于网格模型的牙科模拟
7.3 基于曲面重建的颅面整复手术植入片设计算法
7.4 颅颌面外科整形手术软组织模拟方法
7.5 颅颌面整复外科手术模拟系统

第8章 基于全身骨扫描图像分析的肿瘤骨转移识别方法
8.1 全身骨扫描图像分析的肿瘤骨转移识别系统
8.2 骨扫描图像的预处理
8.3 基于图像分析的异常检测算法
8.4 系统实现框架
索引

前言/序言

　　医学影像分析和三维重建是图像处理、计算机图形学、生物医学工程领域的研究热点，也是基于医学影像的辅助诊断、基于医学影像的手术规划、基于医学影像的手术导航、基于医学影像的手术机器人等许多领域的关键技术。该研究涉及多个理论学科，包括“计算机应用”、“模式识别与智能系统”、“生物医学工程”学科的相关研究方向等。因此医学影像分析和三维重建是一个兼具理论价值和实际意义的研究课题。
　　本书介绍了医学影像分析和三维重建及其应用的最新研究成果和动态，包括医学影像存储和预处理、医学影像自动分割和交互分割、医学影像的面绘制和体绘制、医学影像的三维处理。医学影像分析和三维重建已广泛而有效地应用于许多领域，如基于医学影像的辅助诊断、基于医学影像的手术规划、基于医学影像的手术导航、基于医学影像的手术机器人。本书在应用方面重点介绍我们在医学影像分析和三维重建的临床应用实践，包括：面向颅面整复外科虚拟手术的医学影像处理、基于全身骨扫描图像分析的肿瘤骨转移识别。
　　近十年来笔者本着“借鉴一创新一实践应用”的指导思想，在医学影像分析和三维重建及其应用研究方面开展了不懈的探索研究，该书综合了著者在医学影像分析和三维重建及其应用研究过程中的最新研究成果。在研究过程中先后得到工。多项国家和省部级科研项目的资助，包括中法国际科技合作项目“基于医学影像分割和重建的颅面整复手术辅助设计研究”、国家“863”项目“家庭远程医疗监护和咨询智能系统”、国家自然科学基金项目“基于数据挖掘和综合模型的脑磁共振图像分析和诊断”、上海市科委重点项目“基于图像分析和重建的医学影像处理及其临床应用”、上海市曙光计划跟踪项目“结合医学影像分析和重建以及数据挖掘的整复外科辅助设计”，研究成果先后获上海市技术发明二等奖、上海市科技进步二等奖、教育部科技进步二等奖、上海市优秀博士学位论文。没有这些项目资助，笔者在医学影像分析和三维重建及其应用研究方面不可能取得这么多成果，本书也不能顺利完成。
　　本书由杨杰、乔宇负责执笔，杨杰负责审定所有书稿内容，书稿内容整合了笔者负责的实验室在医学影像分析和三维重建及其应用研究方面的最新研究成果，整合了所指导的研究生（博士生：郑元杰、李晓亮、谢凯、秦红星、郭律、石峰、高永辉、王胜正；硕士生：樊弦、张治国、伍军、徐显、康飞龙、常青青、王强）的论文研究成果。可以说，本书是一项热情与和谐气氛的集体创作。
　　笔者在医学影像分析和三维重建及其应用研究过程和写作过程中得到了国内模式识别与智能系统专业的元老李介谷教授和著名学者施鹏飞教授的支持和帮助。笔者负责的实验室与法国里昂国立应用科学学院朱跃敏教授和美国休斯敦Methodist医学研究中心夏炯教授的合作研究，也对于本书中的成果具有帮助。在本书的写作过程中，笔者负责的实验室研究生周雷、张鹏鹏、周磊、毛润超、杨雅雯帮助编辑排版。在此一并表示感谢！
　　杨杰乔宇
　　上海交通大学
　　图像处理与模式识别研究所

医学影像分析与三维重建：探索视界，赋能未来 一、 引言：洞察生命奥秘的“眼睛” 在现代医学蓬勃发展的浪潮中，医学影像学扮演着举足轻重的角色。它如同赋予医者一双洞察生命内部细微变化的“眼睛”， enabling them to peer into the intricate structures and dynamic processes within the human body. 从 X 射线、CT、MRI 到超声，再到新兴的 PET、SPECT 等，这些影像技术以前所未有的精度和分辨率揭示着人体的奥秘。然而，原始的影像数据往往是二维的、分散的，如何从中提取有价值的信息，理解复杂的病理变化，甚至将其转化为三维的可视化模型，成为了推动医学发展和临床实践进步的关键挑战。 《医学影像分析与三维重建及其应用》一书，正是基于这一时代需求而生，它深入探讨了如何运用先进的计算机技术，对海量的医学影像数据进行智能化、精细化的分析，并在此基础上构建出逼真、多维度的人体三维模型。本书不仅梳理了医学影像分析与三维重建的核心理论与技术方法，更着重于将这些技术落地于临床实践，展现其在疾病诊断、治疗规划、手术导航、教学科研等领域的广泛应用前景，为读者呈现出一幅充满活力与创新性的医学影像科学画卷。 二、 医学影像分析：从“看见”到“理解”的飞跃 医学影像分析是本书的核心基石，它旨在从原始的二维或多序列影像数据中提取出有意义的、可用于诊断和决策的信息。这一过程并非简单的图像呈现，而是包含了一系列复杂的图像处理、特征提取、模式识别和信息融合技术。 1. 图像预处理与增强： 任何影像分析的第一步都是对原始图像进行必要的处理，以提高图像质量，消除噪声，增强目标结构的对比度。这包括滤波技术（如高斯滤波、中值滤波）、直方图均衡化、灰度拉伸等。这些技术如同为“眼睛”擦去蒙尘，使其看得更清晰。 2. 图像分割： 分割是将影像中的特定目标（如器官、病灶、血管）从背景中分离出来的关键步骤。这需要运用各种算法，如阈值分割、区域生长法、水平集方法、以及基于机器学习的深度学习分割技术（如 U-Net）。精确的分割是后续定量分析和三维重建的基础，它决定了我们能“看见”的区域是否准确。 3. 特征提取与量化： 分割出的目标区域需要进一步提取其几何、纹理、形态学等特征。例如，肿瘤的大小、体积、边界的规则性、内部纹理的复杂性等。这些量化指标能够提供客观的诊断依据，例如，通过测量肿瘤的大小和生长速度来评估其恶性程度。 4. 图像配准： 在分析过程中，经常需要将不同时间、不同模态（如 CT 与 MRI）或不同患者的影像进行比对。图像配准技术能够将这些影像对齐，从而实现跨模态、跨时间的比较分析，例如，观察治疗前后病灶的变化，或比较正常与病变组织的差异。 5. 模式识别与分类： 借助统计学方法和机器学习技术（特别是深度学习），可以对提取的特征进行模式识别和分类。例如，训练模型自动识别影像中的肿瘤、骨折、血管狭窄等病变，并对其进行良恶性分类，辅助医生做出诊断。 本书将详细阐述这些分析方法背后的数学原理和算法实现，并结合大量医学影像实例，说明如何在实际应用中选择和优化这些技术，从而实现从“看见”影像到“理解”病情的质的飞跃。 三、 三维重建：从平面到立体，重塑生命之美 如果说影像分析是“理解”身体内部的语言，那么三维重建则是将这些语言转化为生动的、可交互的“视觉化”图像，让医者能够从任何角度、任何层面去观察和探索人体的三维结构。 1. 基础理论与技术： 三维重建的核心在于将二维切片影像信息“堆叠”并“连接”起来，形成连续的三维数据体。常见的重建方法包括： 表面渲染（Surface Rendering）： 通过识别目标组织的边界，构建其三维表面模型。这种方法能够快速生成直观的表面外观，常用于骨骼、器官等宏观结构的展示。 体绘制（Volume Rendering）： 直接对三维数据体中的体素（像素的三维扩展）进行可视化，能够展现组织的半透明特性，以及内部结构的细节，尤其适用于显示血管、软组织等。 最大强度投影（Maximum Intensity Projection, MIP）和最小强度投影（Minimum Intensity Projection, MinIP）： 分别用于突出显示影像中最亮的结构（如血管中的造影剂）或最暗的结构（如气道）。 2. 关键技术挑战与解决方案： 数据插值： 由于医学影像的切片并非连续，需要在切片之间进行插值以生成平滑的三维表面。本书将介绍不同的插值算法及其对重建质量的影响。 内存与计算效率： 三维重建需要处理大量数据，对计算资源和内存要求较高。本书将探讨优化算法和高效数据结构的运用，以提高重建速度和流畅性。 伪影与噪声处理： 原始影像中的噪声和伪影会直接影响三维重建的质量。本书将介绍相应的降噪和伪影去除技术。 3. 多模态影像融合重建： 结合不同影像模态（如 CT 显示骨骼，MRI 显示软组织）的三维信息，进行融合重建，能够提供更全面、更详细的解剖信息，有助于更准确的诊断和手术规划。 通过三维重建，本书旨在引导读者掌握构建逼真、高分辨率三维人体模型的技术，从被动接受二维图像，到主动探索三维空间的立体感知，实现医学影像学可视化的飞跃。 四、 应用领域：赋能临床，引领未来 医学影像分析与三维重建技术的进步，并非停留在理论层面，而是已经深入渗透到医学实践的各个环节，展现出强大的生命力和广阔的应用前景。 1. 疾病诊断与评估： 早期病灶检测： 通过精细的影像分析，能够更早地发现微小的病灶，为疾病的早期干预赢得宝贵时间。 病变定量分析： 三维重建能够精确测量肿瘤的大小、体积、生长速度，血管狭窄程度等，为疾病的分期和预后评估提供客观依据。 鉴别诊断： 结合多模态影像和丰富的特征信息，辅助医生进行准确的鉴别诊断，减少误诊漏诊。 2. 治疗规划与方案制定： 手术规划： 精确的三维模型能够让外科医生在术前“预演”手术过程，识别关键解剖结构，规划最佳手术路径，预测潜在风险，显著提高手术的安全性与成功率。 放射治疗规划： 通过精确勾画靶区和危及器官的三维模型，优化放疗剂量分布，最大程度地杀伤肿瘤，同时保护正常组织。 药物疗效评估： 定期进行影像分析和三维重建，可以直观地评估药物治疗的效果，及时调整治疗方案。 3. 手术导航与辅助： 术中导航： 将术前重建的三维模型与术中实时影像进行配准，为外科医生提供实时的空间定位信息，帮助其在复杂解剖结构中精确定位，尤其在微创手术中至关重要。 机器人辅助手术： 为手术机器人提供精准的解剖导航信息，实现更精细、更安全的手术操作。 4. 教学与科研： 医学教育： 生动逼真的三维解剖模型，能够极大地提升医学生的学习兴趣和理解能力，改变传统的二维教科书学习模式。 医学研究： 为基础医学研究提供强大的工具，例如，通过分析大量影像数据，探索疾病的发生发展机制，发现新的生物标志物。 个性化医疗： 基于个体患者的三维解剖模型，进行个性化的诊断和治疗方案设计，真正实现精准医疗。 本书将通过丰富的案例研究，深入剖析这些应用场景的实际操作流程和技术要点，让读者深刻理解医学影像分析与三维重建技术如何从“纸上谈兵”走向“临床实战”，并预见其在未来医学发展中的无限潜力。 五、 结语：科技赋能，迈向精准智慧医疗 医学影像分析与三维重建技术，是当前医学领域最具活力和发展潜力的交叉学科之一。它们如同连接生命科学与信息技术的桥梁，不断推动着医学诊断、治疗和研究的边界。本书致力于成为读者探索这一领域的指南，通过深入浅出的讲解、详实的技术细节和丰富的应用案例，帮助读者掌握核心知识，激发创新思维，共同参与到医学影像科学的革新之中。 我们相信，随着技术的不断发展和临床应用的日益深化，医学影像分析与三维重建必将在未来的精准医疗、智慧医疗浪潮中扮演越来越重要的角色，为人类的健康事业贡献不可估量的价值。本书的出版，正是希望汇聚更多智慧，共同绘制医学影像科学的宏伟蓝图，为构建更健康、更美好的未来贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

《医学影像分析和三维重建及其应用》这个书名，听起来就充满了硬核的科技感，再加上“上海交通大学学术出版基金”的背书，让我对其内容充满信心。我一直觉得，现代医学之所以能够取得如此大的飞跃，离不开背后强大的技术支撑，而医学影像分析和三维重建无疑是其中的佼佼者。想象一下，医生不再只是面对冰冷的二维图像，而是可以通过三维重建技术，将患者体内的病灶“立体化”，从而更直观地观察其形态、大小、位置以及与周围组织的关系。这对于疾病的诊断、治疗方案的制定，乃至于手术的规划，都具有划时代的意义。我特别好奇这本书会如何深入阐述“应用”的方面，会不会涉及到一些前沿的领域，比如如何利用人工智能辅助影像分析，提高诊断效率和准确性？又或者，三维重建技术在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）辅助手术中的应用？这些都是我非常感兴趣的，这本书的名字本身就勾勒出了一个充满潜力的研究方向，令人迫不及待地想一探究竟。

评分☆☆☆☆☆

《医学影像分析和三维重建及其应用》，这个书名让我立刻联想到医学领域那些令人惊叹的科技进展。我经常关注医学新闻，也知道近年来医学影像技术发展迅猛，而三维重建更是让医学影像学上升到了一个新的高度。想象一下，过去医生们只能通过一张张的二维切片来拼凑出人体的三维结构，这需要极高的空间想象能力和丰富的临床经验。而有了三维重建技术，他们可以直接面对一个立体的、可交互的模型，这无疑大大降低了理解的难度，也提高了诊断的准确性。我很想知道，这本书会从哪些方面来阐述“应用”这个词，是聚焦于某几个具体的疾病领域，还是会提供一个更全面的概览？例如，在心脏外科领域，三维重建的瓣膜模型对术前评估和手术精度有多大帮助？在骨科，如何通过影像分析和三维重建来设计更符合患者解剖特点的植入物？又或者，在医学教育领域，这种技术是否能成为更生动的教学工具？这些都是我非常感兴趣的点，希望这本书能带来启发。

评分☆☆☆☆☆

当读到《医学影像分析和三维重建及其应用》这个书名时，我立刻被它所蕴含的科学深度和临床价值所吸引。作为一名对现代医学科技发展充满好奇心的读者，我深知医学影像学是诊断疾病的基石，而三维重建技术则是将这些影像信息转化为更具洞察力的工具。这本书的名称暗示了它将深入探讨如何从海量的医学影像数据中提取关键信息，并且如何利用这些信息来构建出精准、逼真的三维模型。我对这本书可能涵盖的“应用”部分尤其感兴趣，因为它直接关乎到这些高深技术如何转化为实际的医疗效益。例如，在神经科学领域，书中是否会介绍如何利用三维重建技术来精细刻画大脑的神经网络结构，从而更好地理解和治疗神经退行性疾病？在肿瘤学中，三维影像分析又如何帮助医生更精准地评估肿瘤的侵袭范围和转移情况，进而制定更有效的个体化治疗策略？这本书的出现，很可能为我们展现一幅医学影像学与三维重建技术携手，共同开创精准医疗新篇章的宏伟蓝图，这本身就极具吸引力。

评分☆☆☆☆☆

这本书名《医学影像分析和三维重建及其应用》，光是听着就觉得信息量爆炸，而且“上海交通大学学术出版基金”的加持，一下子就把我的期望值拉满了。我一直觉得，我们现在所处的时代，是科技与医学深度融合的黄金时期。影像学，作为医学的“眼睛”，其重要性不言而喻。而三维重建，则像是给这双“眼睛”装上了“透视”和“立体”的功能，让原本平面的图像变得生动起来，能够更真实地反映出人体的解剖结构和病灶的真实情况。这本书如果能够深入浅出地介绍这些技术，那就太棒了。我特别好奇它在不同医学领域的具体应用，比如在神经外科手术规划中，如何利用三维重建技术来避开重要的血管和神经；在肿瘤治疗中，如何通过影像分析来评估肿瘤的大小、形态以及与周围组织的关系，从而制定出最佳的治疗方案。又或者，它会不会涉及到一些新兴的影像技术，比如光学相干层析成像（OCT）或是光声成像，以及它们在疾病诊断中的独特优势。这本书的名字本身就预示着它将是一次深入的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

初次看到《医学影像分析和三维重建及其应用》这个书名，我的脑海中便勾勒出了一幅充满科技感与人文关怀的画面。上海交通大学学术出版基金的支持，无疑为这本书增添了学术的厚重感和权威性。我知道，医学影像学和三维重建技术的发展，是现代医疗诊断和治疗不可或缺的重要基石。从早期的X光片，到如今高分辨率的CT、MRI，再到更前沿的PET-CT、功能磁共振等，影像技术的进步直接推动了疾病早期发现、精准诊断以及个性化治疗方案的制定。而三维重建，更是将二维的影像信息转化为直观、立体的模型，这对于理解复杂的人体结构、病灶的空间关系，以及指导外科手术都具有革命性的意义。试想一下，当医生能够在一个逼真的三维模型上“游走”，观察病灶的每一个细微之处，与团队进行沉浸式的术前讨论，那将是多么高效且充满信心的过程。这本书的出现，很可能就是为我们打开了这样一扇通往未来医疗的大门，它所涵盖的应用领域，或许会触及从神经外科到骨科，从肿瘤诊断到康复工程的方方面面，令人充满期待。