醫學影像分析和三維重建及其應用 [A Project Supported by Shanghai Jiaotong University Acedemic Publishing Fund] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊傑，喬宇 著

圖書標籤:

• 醫學影像
• 影像分析
• 三維重建
• 醫學工程
• 生物醫學
• 圖像處理
• 計算機輔助診斷
• 上海交通大學
• 學術齣版基金
• 應用研究

齣版社： 上海交通大學齣版社

ISBN：9787313116987

版次：1

商品編碼：11593443

包裝：平裝

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

開本：16開

齣版時間：2015-01-01

用紙：膠版紙

頁數

內容簡介

　　《醫學影像分析和三維重建及其應用》以詳盡和豐富的資料，係統地講述瞭醫學影像存儲和預處理、醫學影像自動分割和交互分割、醫學影像的麵繪製和體繪製、三維濾波、三維融閤、三維交互的基本概念和基本原理，並列舉瞭在相應領域具有參考價值的算法及其改進和應用，是作者多年來教學和科研實踐的成果。

內頁插圖

目錄

第1章 醫學影像存儲和預處理
1.1 DICOM醫學影像存儲標準
1.2 圖像的分類
1.3 醫學圖像預處理

第2章 醫學影像自動分割
2.1 醫學影像精確分割算法——國土紛爭算法
2.2 活動輪廓模型及其在醫學圖像分割中的應用
2.3 基於灰度矩的水平集麯綫演化醫學圖像分割
2.4 基於參數形變模型的自動分割方法
2.5 基於GPU加速的Graph Cuts分割

第3章 醫學影像交互分割
3.1 基於嵌入邊緣置信度的活動綫分割方法
3.2 基於元胞自動機理論的分割

第4章 醫學影像的麵繪製
4.1 常見的錶麵重建算法
4.2 基於廣度搜索的錶麵重建算法
4.3 多分辨率網格建模

第5章 醫學影像的體繪製
5.1 體繪製的理論與方法
5.2 濛特卡羅體繪製算法
5.3 分形體繪製
5.4 基於小波域的體繪製算法
5.5 基於硬件加速的大數據高質量體繪製算法

第6章 醫學影像的三維處理
6.1 醫學影像的三維幾何濾波
6.2 醫學影像的三維融閤
6.3 迭字影像的三維交互
6.4 總結

第7章 麵嚮顱麵整復外科虛擬手術的醫學影像處理技術
7.1 虛擬手術中的三維碰撞檢測算法
7.2 基於網格模型的牙科模擬
7.3 基於麯麵重建的顱麵整復手術植入片設計算法
7.4 顱頜麵外科整形手術軟組織模擬方法
7.5 顱頜麵整復外科手術模擬係統

第8章 基於全身骨掃描圖像分析的腫瘤骨轉移識彆方法
8.1 全身骨掃描圖像分析的腫瘤骨轉移識彆係統
8.2 骨掃描圖像的預處理
8.3 基於圖像分析的異常檢測算法
8.4 係統實現框架
索引

前言/序言

　　醫學影像分析和三維重建是圖像處理、計算機圖形學、生物醫學工程領域的研究熱點，也是基於醫學影像的輔助診斷、基於醫學影像的手術規劃、基於醫學影像的手術導航、基於醫學影像的手術機器人等許多領域的關鍵技術。該研究涉及多個理論學科，包括“計算機應用”、“模式識彆與智能係統”、“生物醫學工程”學科的相關研究方嚮等。因此醫學影像分析和三維重建是一個兼具理論價值和實際意義的研究課題。
　　本書介紹瞭醫學影像分析和三維重建及其應用的最新研究成果和動態，包括醫學影像存儲和預處理、醫學影像自動分割和交互分割、醫學影像的麵繪製和體繪製、醫學影像的三維處理。醫學影像分析和三維重建已廣泛而有效地應用於許多領域，如基於醫學影像的輔助診斷、基於醫學影像的手術規劃、基於醫學影像的手術導航、基於醫學影像的手術機器人。本書在應用方麵重點介紹我們在醫學影像分析和三維重建的臨床應用實踐，包括：麵嚮顱麵整復外科虛擬手術的醫學影像處理、基於全身骨掃描圖像分析的腫瘤骨轉移識彆。
　　近十年來筆者本著“藉鑒一創新一實踐應用”的指導思想，在醫學影像分析和三維重建及其應用研究方麵開展瞭不懈的探索研究，該書綜閤瞭著者在醫學影像分析和三維重建及其應用研究過程中的最新研究成果。在研究過程中先後得到工。多項國傢和省部級科研項目的資助，包括中法國際科技閤作項目“基於醫學影像分割和重建的顱麵整復手術輔助設計研究”、國傢“863”項目“傢庭遠程醫療監護和谘詢智能係統”、國傢自然科學基金項目“基於數據挖掘和綜閤模型的腦磁共振圖像分析和診斷”、上海市科委重點項目“基於圖像分析和重建的醫學影像處理及其臨床應用”、上海市曙光計劃跟蹤項目“結閤醫學影像分析和重建以及數據挖掘的整復外科輔助設計”，研究成果先後獲上海市技術發明二等奬、上海市科技進步二等奬、教育部科技進步二等奬、上海市優秀博士學位論文。沒有這些項目資助，筆者在醫學影像分析和三維重建及其應用研究方麵不可能取得這麼多成果，本書也不能順利完成。
　　本書由楊傑、喬宇負責執筆，楊傑負責審定所有書稿內容，書稿內容整閤瞭筆者負責的實驗室在醫學影像分析和三維重建及其應用研究方麵的最新研究成果，整閤瞭所指導的研究生（博士生：鄭元傑、李曉亮、謝凱、秦紅星、郭律、石峰、高永輝、王勝正；碩士生：樊弦、張治國、伍軍、徐顯、康飛龍、常青青、王強）的論文研究成果。可以說，本書是一項熱情與和諧氣氛的集體創作。
　　筆者在醫學影像分析和三維重建及其應用研究過程和寫作過程中得到瞭國內模式識彆與智能係統專業的元老李介榖教授和著名學者施鵬飛教授的支持和幫助。筆者負責的實驗室與法國裏昂國立應用科學學院硃躍敏教授和美國休斯敦Methodist醫學研究中心夏炯教授的閤作研究，也對於本書中的成果具有幫助。在本書的寫作過程中，筆者負責的實驗室研究生周雷、張鵬鵬、周磊、毛潤超、楊雅雯幫助編輯排版。在此一並錶示感謝！
　　楊傑喬宇
　　上海交通大學
　　圖像處理與模式識彆研究所

醫學影像分析與三維重建：探索視界，賦能未來 一、 引言：洞察生命奧秘的“眼睛” 在現代醫學蓬勃發展的浪潮中，醫學影像學扮演著舉足輕重的角色。它如同賦予醫者一雙洞察生命內部細微變化的“眼睛”， enabling them to peer into the intricate structures and dynamic processes within the human body. 從 X 射綫、CT、MRI 到超聲，再到新興的 PET、SPECT 等，這些影像技術以前所未有的精度和分辨率揭示著人體的奧秘。然而，原始的影像數據往往是二維的、分散的，如何從中提取有價值的信息，理解復雜的病理變化，甚至將其轉化為三維的可視化模型，成為瞭推動醫學發展和臨床實踐進步的關鍵挑戰。 《醫學影像分析與三維重建及其應用》一書，正是基於這一時代需求而生，它深入探討瞭如何運用先進的計算機技術，對海量的醫學影像數據進行智能化、精細化的分析，並在此基礎上構建齣逼真、多維度的人體三維模型。本書不僅梳理瞭醫學影像分析與三維重建的核心理論與技術方法，更著重於將這些技術落地於臨床實踐，展現其在疾病診斷、治療規劃、手術導航、教學科研等領域的廣泛應用前景，為讀者呈現齣一幅充滿活力與創新性的醫學影像科學畫捲。 二、 醫學影像分析：從“看見”到“理解”的飛躍 醫學影像分析是本書的核心基石，它旨在從原始的二維或多序列影像數據中提取齣有意義的、可用於診斷和決策的信息。這一過程並非簡單的圖像呈現，而是包含瞭一係列復雜的圖像處理、特徵提取、模式識彆和信息融閤技術。 1. 圖像預處理與增強： 任何影像分析的第一步都是對原始圖像進行必要的處理，以提高圖像質量，消除噪聲，增強目標結構的對比度。這包括濾波技術（如高斯濾波、中值濾波）、直方圖均衡化、灰度拉伸等。這些技術如同為“眼睛”擦去濛塵，使其看得更清晰。 2. 圖像分割： 分割是將影像中的特定目標（如器官、病竈、血管）從背景中分離齣來的關鍵步驟。這需要運用各種算法，如閾值分割、區域生長法、水平集方法、以及基於機器學習的深度學習分割技術（如 U-Net）。精確的分割是後續定量分析和三維重建的基礎，它決定瞭我們能“看見”的區域是否準確。 3. 特徵提取與量化： 分割齣的目標區域需要進一步提取其幾何、紋理、形態學等特徵。例如，腫瘤的大小、體積、邊界的規則性、內部紋理的復雜性等。這些量化指標能夠提供客觀的診斷依據，例如，通過測量腫瘤的大小和生長速度來評估其惡性程度。 4. 圖像配準： 在分析過程中，經常需要將不同時間、不同模態（如 CT 與 MRI）或不同患者的影像進行比對。圖像配準技術能夠將這些影像對齊，從而實現跨模態、跨時間的比較分析，例如，觀察治療前後病竈的變化，或比較正常與病變組織的差異。 5. 模式識彆與分類： 藉助統計學方法和機器學習技術（特彆是深度學習），可以對提取的特徵進行模式識彆和分類。例如，訓練模型自動識彆影像中的腫瘤、骨摺、血管狹窄等病變，並對其進行良惡性分類，輔助醫生做齣診斷。 本書將詳細闡述這些分析方法背後的數學原理和算法實現，並結閤大量醫學影像實例，說明如何在實際應用中選擇和優化這些技術，從而實現從“看見”影像到“理解”病情的質的飛躍。 三、 三維重建：從平麵到立體，重塑生命之美 如果說影像分析是“理解”身體內部的語言，那麼三維重建則是將這些語言轉化為生動的、可交互的“視覺化”圖像，讓醫者能夠從任何角度、任何層麵去觀察和探索人體的三維結構。 1. 基礎理論與技術： 三維重建的核心在於將二維切片影像信息“堆疊”並“連接”起來，形成連續的三維數據體。常見的重建方法包括： 錶麵渲染（Surface Rendering）： 通過識彆目標組織的邊界，構建其三維錶麵模型。這種方法能夠快速生成直觀的錶麵外觀，常用於骨骼、器官等宏觀結構的展示。 體繪製（Volume Rendering）： 直接對三維數據體中的體素（像素的三維擴展）進行可視化，能夠展現組織的半透明特性，以及內部結構的細節，尤其適用於顯示血管、軟組織等。 最大強度投影（Maximum Intensity Projection, MIP）和最小強度投影（Minimum Intensity Projection, MinIP）： 分彆用於突齣顯示影像中最亮的結構（如血管中的造影劑）或最暗的結構（如氣道）。 2. 關鍵技術挑戰與解決方案： 數據插值： 由於醫學影像的切片並非連續，需要在切片之間進行插值以生成平滑的三維錶麵。本書將介紹不同的插值算法及其對重建質量的影響。 內存與計算效率： 三維重建需要處理大量數據，對計算資源和內存要求較高。本書將探討優化算法和高效數據結構的運用，以提高重建速度和流暢性。 僞影與噪聲處理： 原始影像中的噪聲和僞影會直接影響三維重建的質量。本書將介紹相應的降噪和僞影去除技術。 3. 多模態影像融閤重建： 結閤不同影像模態（如 CT 顯示骨骼，MRI 顯示軟組織）的三維信息，進行融閤重建，能夠提供更全麵、更詳細的解剖信息，有助於更準確的診斷和手術規劃。 通過三維重建，本書旨在引導讀者掌握構建逼真、高分辨率三維人體模型的技術，從被動接受二維圖像，到主動探索三維空間的立體感知，實現醫學影像學可視化的飛躍。 四、 應用領域：賦能臨床，引領未來 醫學影像分析與三維重建技術的進步，並非停留在理論層麵，而是已經深入滲透到醫學實踐的各個環節，展現齣強大的生命力和廣闊的應用前景。 1. 疾病診斷與評估： 早期病竈檢測： 通過精細的影像分析，能夠更早地發現微小的病竈，為疾病的早期乾預贏得寶貴時間。 病變定量分析： 三維重建能夠精確測量腫瘤的大小、體積、生長速度，血管狹窄程度等，為疾病的分期和預後評估提供客觀依據。 鑒彆診斷： 結閤多模態影像和豐富的特徵信息，輔助醫生進行準確的鑒彆診斷，減少誤診漏診。 2. 治療規劃與方案製定： 手術規劃： 精確的三維模型能夠讓外科醫生在術前“預演”手術過程，識彆關鍵解剖結構，規劃最佳手術路徑，預測潛在風險，顯著提高手術的安全性與成功率。 放射治療規劃： 通過精確勾畫靶區和危及器官的三維模型，優化放療劑量分布，最大程度地殺傷腫瘤，同時保護正常組織。 藥物療效評估： 定期進行影像分析和三維重建，可以直觀地評估藥物治療的效果，及時調整治療方案。 3. 手術導航與輔助： 術中導航： 將術前重建的三維模型與術中實時影像進行配準，為外科醫生提供實時的空間定位信息，幫助其在復雜解剖結構中精確定位，尤其在微創手術中至關重要。 機器人輔助手術： 為手術機器人提供精準的解剖導航信息，實現更精細、更安全的手術操作。 4. 教學與科研： 醫學教育： 生動逼真的三維解剖模型，能夠極大地提升醫學生的學習興趣和理解能力，改變傳統的二維教科書學習模式。 醫學研究： 為基礎醫學研究提供強大的工具，例如，通過分析大量影像數據，探索疾病的發生發展機製，發現新的生物標誌物。 個性化醫療： 基於個體患者的三維解剖模型，進行個性化的診斷和治療方案設計，真正實現精準醫療。 本書將通過豐富的案例研究，深入剖析這些應用場景的實際操作流程和技術要點，讓讀者深刻理解醫學影像分析與三維重建技術如何從“紙上談兵”走嚮“臨床實戰”，並預見其在未來醫學發展中的無限潛力。 五、 結語：科技賦能，邁嚮精準智慧醫療 醫學影像分析與三維重建技術，是當前醫學領域最具活力和發展潛力的交叉學科之一。它們如同連接生命科學與信息技術的橋梁，不斷推動著醫學診斷、治療和研究的邊界。本書緻力於成為讀者探索這一領域的指南，通過深入淺齣的講解、詳實的技術細節和豐富的應用案例，幫助讀者掌握核心知識，激發創新思維，共同參與到醫學影像科學的革新之中。 我們相信，隨著技術的不斷發展和臨床應用的日益深化，醫學影像分析與三維重建必將在未來的精準醫療、智慧醫療浪潮中扮演越來越重要的角色，為人類的健康事業貢獻不可估量的價值。本書的齣版，正是希望匯聚更多智慧，共同繪製醫學影像科學的宏偉藍圖，為構建更健康、更美好的未來貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

《醫學影像分析和三維重建及其應用》這個書名，聽起來就充滿瞭硬核的科技感，再加上“上海交通大學學術齣版基金”的背書，讓我對其內容充滿信心。我一直覺得，現代醫學之所以能夠取得如此大的飛躍，離不開背後強大的技術支撐，而醫學影像分析和三維重建無疑是其中的佼佼者。想象一下，醫生不再隻是麵對冰冷的二維圖像，而是可以通過三維重建技術，將患者體內的病竈“立體化”，從而更直觀地觀察其形態、大小、位置以及與周圍組織的關係。這對於疾病的診斷、治療方案的製定，乃至於手術的規劃，都具有劃時代的意義。我特彆好奇這本書會如何深入闡述“應用”的方麵，會不會涉及到一些前沿的領域，比如如何利用人工智能輔助影像分析，提高診斷效率和準確性？又或者，三維重建技術在虛擬現實（VR）和增強現實（AR）輔助手術中的應用？這些都是我非常感興趣的，這本書的名字本身就勾勒齣瞭一個充滿潛力的研究方嚮，令人迫不及待地想一探究竟。

評分☆☆☆☆☆

這本書名《醫學影像分析和三維重建及其應用》，光是聽著就覺得信息量爆炸，而且“上海交通大學學術齣版基金”的加持，一下子就把我的期望值拉滿瞭。我一直覺得，我們現在所處的時代，是科技與醫學深度融閤的黃金時期。影像學，作為醫學的“眼睛”，其重要性不言而喻。而三維重建，則像是給這雙“眼睛”裝上瞭“透視”和“立體”的功能，讓原本平麵的圖像變得生動起來，能夠更真實地反映齣人體的解剖結構和病竈的真實情況。這本書如果能夠深入淺齣地介紹這些技術，那就太棒瞭。我特彆好奇它在不同醫學領域的具體應用，比如在神經外科手術規劃中，如何利用三維重建技術來避開重要的血管和神經；在腫瘤治療中，如何通過影像分析來評估腫瘤的大小、形態以及與周圍組織的關係，從而製定齣最佳的治療方案。又或者，它會不會涉及到一些新興的影像技術，比如光學相乾層析成像（OCT）或是光聲成像，以及它們在疾病診斷中的獨特優勢。這本書的名字本身就預示著它將是一次深入的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

《醫學影像分析和三維重建及其應用》，這個書名讓我立刻聯想到醫學領域那些令人驚嘆的科技進展。我經常關注醫學新聞，也知道近年來醫學影像技術發展迅猛，而三維重建更是讓醫學影像學上升到瞭一個新的高度。想象一下，過去醫生們隻能通過一張張的二維切片來拼湊齣人體的三維結構，這需要極高的空間想象能力和豐富的臨床經驗。而有瞭三維重建技術，他們可以直接麵對一個立體的、可交互的模型，這無疑大大降低瞭理解的難度，也提高瞭診斷的準確性。我很想知道，這本書會從哪些方麵來闡述“應用”這個詞，是聚焦於某幾個具體的疾病領域，還是會提供一個更全麵的概覽？例如，在心髒外科領域，三維重建的瓣膜模型對術前評估和手術精度有多大幫助？在骨科，如何通過影像分析和三維重建來設計更符閤患者解剖特點的植入物？又或者，在醫學教育領域，這種技術是否能成為更生動的教學工具？這些都是我非常感興趣的點，希望這本書能帶來啓發。

評分☆☆☆☆☆

當讀到《醫學影像分析和三維重建及其應用》這個書名時，我立刻被它所蘊含的科學深度和臨床價值所吸引。作為一名對現代醫學科技發展充滿好奇心的讀者，我深知醫學影像學是診斷疾病的基石，而三維重建技術則是將這些影像信息轉化為更具洞察力的工具。這本書的名稱暗示瞭它將深入探討如何從海量的醫學影像數據中提取關鍵信息，並且如何利用這些信息來構建齣精準、逼真的三維模型。我對這本書可能涵蓋的“應用”部分尤其感興趣，因為它直接關乎到這些高深技術如何轉化為實際的醫療效益。例如，在神經科學領域，書中是否會介紹如何利用三維重建技術來精細刻畫大腦的神經網絡結構，從而更好地理解和治療神經退行性疾病？在腫瘤學中，三維影像分析又如何幫助醫生更精準地評估腫瘤的侵襲範圍和轉移情況，進而製定更有效的個體化治療策略？這本書的齣現，很可能為我們展現一幅醫學影像學與三維重建技術攜手，共同開創精準醫療新篇章的宏偉藍圖，這本身就極具吸引力。

評分☆☆☆☆☆

初次看到《醫學影像分析和三維重建及其應用》這個書名，我的腦海中便勾勒齣瞭一幅充滿科技感與人文關懷的畫麵。上海交通大學學術齣版基金的支持，無疑為這本書增添瞭學術的厚重感和權威性。我知道，醫學影像學和三維重建技術的發展，是現代醫療診斷和治療不可或缺的重要基石。從早期的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，影像技術的進步直接推動瞭疾病早期發現、精準診斷以及個性化治療方案的製定。而三維重建，更是將二維的影像信息轉化為直觀、立體的模型，這對於理解復雜的人體結構、病竈的空間關係，以及指導外科手術都具有革命性的意義。試想一下，當醫生能夠在一個逼真的三維模型上“遊走”，觀察病竈的每一個細微之處，與團隊進行沉浸式的術前討論，那將是多麼高效且充滿信心的過程。這本書的齣現，很可能就是為我們打開瞭這樣一扇通往未來醫療的大門，它所涵蓋的應用領域，或許會觸及從神經外科到骨科，從腫瘤診斷到康復工程的方方麵麵，令人充滿期待。