髖關節醫學影像分析軟件的開發

髖關節醫學影像分析軟件的開發

摘     要

全髖關節置換術(THR)是一種以髖關節植入物取代病變髖關節的外科手術。由于每個人的髖關節的大小和形狀差異很大,而植入物與髖關節的匹配程度對手術效果影響很大，所以為病人選擇合適的植入物至關重要。我們開發了一套髖關節醫學影像分析軟件，來輔助植入物選型。

基于需求分析，軟件分為圖像讀入與顯示模塊、圖像預處理模塊、圖像分割模塊、三維重建及交互模塊、特征參數測量模塊、假體模板模擬裝配模塊以及Leap Motion體感交互模塊七個模塊，并對各模塊設計依據，主要功能，實現方法以及操作方法進行了詳細的描述。

開發完成的軟件以通用的DICOM格式醫學影像為研究對象，對采集和篩選出的髖關節影像信息，利用VTK函數庫進行三維重建，構建髖關節模型，來研究髖關節特性。軟件通過標定股骨體軸、股骨頸軸與股骨頭擬合圓心三個特征線或點，以及測量股骨頭半徑、股骨頭偏移距離、股骨頸偏移角、股股骨體髓腔內徑等特征值，來描述髖關節的特征。同時，軟件還支持將髖關節植入物外形以模板形式導入，通過交互，可在平面圖像中模擬植入物與股骨裝配的過程，并可直觀的觀察裝配效果，從而進行髖關節植入物的選型。考慮到用戶不方便使用鼠標的情況，基于體感控制的交互模式也被引入系統中。

完成該軟件系統的開發以后，本文從軟件的有效性、穩定性兩個方面進行了驗證。結果表明本軟件可以基本完成開發目標，并能保證一定的準確性。

關鍵詞：髖關節，三維重建， VTK， 特征值測量，植入物選型

Abstract

...

摘     要I

AbstractII

1  緒論1

1.1項目背景1

1.2 國內外研究現狀2

1.3課題研究目的4

1.4 課題研究內容4

2  髖關節醫學影像分析軟件的需求分析及功能設計6

2.1.軟件的需求分析6

2.1.1.需求分析總體思路6

2.1.2.髖關節醫學影像分析軟件的需求描述6

2.1.3.軟件的功能需求分析7

2.1.4.軟件的性能需求分析7

2.1.5.軟件的可靠性需求分析8

2.1.6.軟件的界面需求分析8

2.1.7.軟件的交互模式需求分析8

2.2.軟件的配置8

2.2.1.軟件開發平臺8

2.2.2.軟件開發語言10

2.3.軟件的功能描述10

2.4.軟件的功能模塊劃分及設計11

2.4.1圖像讀入顯示模塊的設計12

2.4.2圖像預處理模塊的設計12

2.4.3圖像分割模塊的設計12

2.4.4三維重建及交互模塊的設計13

2.4.5特征參數測量模塊的設計14

2.4.6假體模板模擬裝配模塊16

2.4.7 Leap Motion體感交互模塊16

2.5.本章小結16

3  髖關節醫學影像分析軟件的各模塊關鍵算法設計及功能實現17

3.1 軟件主界面設計17

3.1 軟件圖像讀入與顯示模塊的實現18

3.2 圖像預處理模塊的實現20

3.3 圖像分割模塊的實現20

3.4 三維重建及交互模塊的實現21

3.5 圖像測量模塊的實現與操作說明21

3.6假體模板模擬裝配模塊的實現與操作說明25

3.7 Leap Motion體感交互模塊的實現與操作說明26

4  髖關節醫學影像分析軟件的系統驗證27

4．1軟件系統的有效性驗證27

4．2軟件系統的穩定性驗證34

結論與展望36

致謝38

參考文獻39