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医学图像快速标准化绘制技术研究

医学图像快速标准化绘制技术研究

作者：孙安玉南方医科大学

学位级别：硕士

目前,我国医学影像诊断正逐步进入一个全面数字化的时代。各种数字化影像设备在各级医院得到装配及使用。医学影像归档与通讯系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)系统也在逐渐普及,并出现了区域性的影像综合平台。... 详细信息

目前,我国医学影像诊断正逐步进入一个全面数字化的时代。各种数字化影像设备在各级医院得到装配及使用。医学影像归档与通讯系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)系统也在逐渐普及,并出现了区域性的影像综合平台。这意味着海量的数字影像将在不同地域、不同设备上显示,为不同的从业人员所使用,从而使得以下问题日益明显：1)由于不同显示设备电气特性,以及周围环境等因素的差异,相同的数字影像并不能获得一致性的显示,这就给影像诊断带来挑战,更不利于阅片的交流;2)单项影像检查产生的影像数据量越来越大,诊断医生对于图像快速准确绘制的要求越来越高;3)新式影像应用技术不断涌现,尤其是基于断层影像的三维诊断及手术导航,对于图像绘制的实时性要求更加苛刻。本文从以上问题出发,以医学图像快速标准化绘制为出发点展开研究,主要内容如下：1)通过标准灰阶显示函数(Grayscale Standard Display Function, GSDF)解决标准灰阶图像一致性显示问题。本文以医学数字影像和通讯标准(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM)中对于一致性显示的相关规范为基础,通过改善图像表现值(P-Values)与人眼视觉感知间的线性关系,达到标准灰阶图像一致性显示的目的。具体方法如下：以DICOM PS3.14标准灰阶显示函数相关规范为基础,提出了一种快速GSDF实现算法。首先,利用精密亮度测量装置,获得数字驱动等级(Digital DrivingLevel, DDL)值与亮度值之间的映射关系;然后,依照Barten模型,通过三次样条插值获取表现值与数字驱动等级值对应关系;最后,借助调窗运算,实现由存储值(Stored Value)直接得到符合DICOM标准的显示效果。本方法可快速实现标准灰阶显示函数,获得图像表现值与人眼视觉感知良好线性关系,取得较大的细节方差与背景方差比值(DV/BV)。通过集成应用,可弥补多数商用显示设备不具备内置DICOM P14校正的不足,也可对本身具有P14校准功能的医学专用显示设备进行校正或质量检验。2)基于图形硬件加速技术,融合灰阶软拷贝显示状态(Grayscale Softcopy Presentation Sate, GSPS)及标准灰阶显示函数(GSDF),实现DICOM灰阶图像的快速标准化绘制,具体方法如下：首先将图像数据存储值(Stored Values)经由设备查找表或重调节的输出设备值(Modality Values)制作成纹理数据,加载至图形硬件;然后,若显示过程配置了VOI查找表,则将VOI查找表制作成一维纹理加载到图形硬件;否则,将调窗操作转换成查找表并加载;将显示使用的表现值查找表制作成一维纹理并加载;将标准灰阶显示函数校准转为查找表制作成一维纹理加载到图形硬件中;基于图形硬件加速技术,在片断着色阶段按照图0-2所示转换流程,依次查找对应表得到最终数字驱动等级值,完成片断着色,进而完成图像绘制。利用上述方法,采用硬件加速技术,可大幅提高GSPS操作的实时性,与传统调窗操作具有明显的速度优势。并且该方法不局限于目前的256级DDL应用,可根据硬件设备DDL实际带宽调整GSDF查找表条目数据,从而越过多数操作系统中对灰度图像位宽的限制,发挥标准显示设备最佳效用。3)利用OpenGL标准着色语言(OpenGL Shader Language, GLSL)实现具有良好移植性的纹理映射体绘制算法,并通过经典光照模型,解决通用图形硬件下的高效高质量体绘制问题,具体方法如下：通过改进常规纹理映射体绘制算法,实现了具有良好光照效果三维显示,并在此基础上,针对传统纹理映射体绘制物理空间的限制,提出一种基于GLSL (OpenGL着色语言)可在普通PC一般图形硬件上进行医学数据场高质量体绘制的有效方法。利用GPGPU中的片段着色器(Fragment Shader)的可编程性,将传统方法四倍于体数据场的纹理数据转为一个一维的传递函数纹理和一个等同于源数据规模的三维纹理,有效节省物理显存。通过使用顶点着色器(Vertex Shader)动态完成光照模型所需计算,得到较高质量的绘制效果。通过对比实验分析,本方法可在普通图形硬件上得到具有较好实时性和较高质量的体绘制效果。4)基于满二叉树(Full Binary Tree)分块策略,保证纹理生成及销毁所产生的开销最小,实现通用图形硬件的大规模体数据场快速绘制问题,并解决分块纹理体绘制在块边界产生的伪影问题,具体方法如下：首先,采用满二叉树实现分块纹理机制,并对

关键词： DICOM 标准灰阶显示函数灰阶软拷贝显示状态数字驱动等级纹理映射体绘制满二叉树纹理分块 GPGPU

基于满二叉树分块策略的大规模数据场纹理映射体绘制算法

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计算机工程与科学 2011年第3期33卷 57-61页

作者：孙安玉江贵平南方医科大学可视信息实验室广东广州510515

针对纹理映射体绘制物理内存空间的限制,本文提出一种可在通用图形硬件上完成大规模数据场实时体绘制的有效方法。该方法基于满二叉树纹理分块策略,利用GPU着色器可编程性,将纹理数据制作为一个一维传递函数查找表和一个规模等同于体数... 详细信息

针对纹理映射体绘制物理内存空间的限制,本文提出一种可在通用图形硬件上完成大规模数据场实时体绘制的有效方法。该方法基于满二叉树纹理分块策略,利用GPU着色器可编程性,将纹理数据制作为一个一维传递函数查找表和一个规模等同于体数据场的动态纹理工作集,有效提高了大规模数据场体绘制的实时性。动态纹理工作集使用抽象分块与继承关系管理边界,通过计算层次化的方式降低了分块绘制时的计算及动态纹理控制复杂度。实验表明,运用该算法可在普通PC上对远超过纹理内存的大规模体数据完成具有较好实时性和较高质量的体绘制。

关键词：满二叉树纹理分块体绘制三维纹理映射 GPGPU

DICOM灰阶图像软拷贝快速标准化显示方法

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中国医学影像技术 2011年第3期27卷 599-604页

作者：孙安玉江贵平吕庆文南方医科大学生物医学工程学院可视信息实验室广东广州510515

提出一种基于图形处理器(GPU)的标准灰阶显示函数(GSDF)的实现方法,依照Barten模型,以DICOM标准中对于GSDF的相关定义为基础,通过三次样条插值获取表现值与数字驱动等级(DDL)值对应关系,实现由存储值直接得到符合DICOM标准的显示效果。... 详细信息

提出一种基于图形处理器(GPU)的标准灰阶显示函数(GSDF)的实现方法,依照Barten模型,以DICOM标准中对于GSDF的相关定义为基础,通过三次样条插值获取表现值与数字驱动等级(DDL)值对应关系,实现由存储值直接得到符合DICOM标准的显示效果。算法基于图形硬件加速技术,使得GSPS操作的实时性得到提升。应用本方法可弥补多数显示设备不具备内置DICOMP14校正的不足,具有很好的应用价值。

关键词：医学数字成像和传输标准灰阶显示函数灰阶软拷贝显示状态数字驱动等级样条插值

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恒成立问题的若干陷阱

数学教学通讯 2011年第3期 54-55+63页

作者：孙安玉江苏棠张高级中学

恒成立问题有效地考查了学生对问题的转化能力,常用的处理方法有分离参数法、变换主元法、数形结合法、从特殊到一般的方法等,但是有时处理这种问题时也会因为细微的疏漏而造成错误,笔者就教学中遇到的问题进行整理,以期能起到防微杜渐... 详细信息

恒成立问题有效地考查了学生对问题的转化能力,常用的处理方法有分离参数法、变换主元法、数形结合法、从特殊到一般的方法等,但是有时处理这种问题时也会因为细微的疏漏而造成错误,笔者就教学中遇到的问题进行整理,以期能起到防微杜渐的作用.

关键词：恒成立转化数形结合

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对“导学案教学设计及使用”的一点思考

中学数学研究 2013年第3期 12-15页

作者：孙安玉江苏省徐州市棠张高级中学

“学案导学”是一种新的教学手段，其主要目的是改变以往传统的、落后的教学以适应现代教育发展的教学．其特点是：以“导”为主，让学生的学走在教的前头，把学会学习的理念和要求，有效地落实和体现在整个教学过程中．它变传统的讲授... 详细信息

“学案导学”是一种新的教学手段，其主要目的是改变以往传统的、落后的教学以适应现代教育发展的教学．其特点是：以“导”为主，让学生的学走在教的前头，把学会学习的理念和要求，有效地落实和体现在整个教学过程中．它变传统的讲授式的“要我学”为学生积极主动参与式的“我要学”．落实了叶圣淘先生说的：教是为了不教，所以要想把整堂课“导”好“导”活，让学生真正学到知识，提高能力，

关键词：教学设计学案导学现代教育发展 “导” 教学手段学会学习积极主动教学过程

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“恒成立”问题处理时的误区警示

中学数学教学 2011年第2期 45-47页

作者：孙安玉江苏省棠张高级中学

近几年各地高考数学试卷中．屡屡出现曲线恒过定点、方程恒有解、含参不等式恒成立等问题，本文把这类问题统称为“恒成立”问题，由于高考命题的影响，高中数学教学也相应的把“恒成立“问题作为重点和难点来对待，常用的处理策略有：... 详细信息

近几年各地高考数学试卷中．屡屡出现曲线恒过定点、方程恒有解、含参不等式恒成立等问题，本文把这类问题统称为“恒成立”问题，由于高考命题的影响，高中数学教学也相应的把“恒成立“问题作为重点和难点来对待，常用的处理策略有：分离参数、变更主元、数形结合、特殊到一般等方法，但是有时这种问题处理时，也会因为细微的疏漏而造成错误．笔者就教学中遇到的问题进行整理，以期能有防微杜渐的作用．

关键词： “恒成立”问题高中数学教学误区不等式恒成立高考命题数学试卷分离参数数形结合

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恒成立问题的若干陷阱

数学教学通讯（教师阅读） 2011年第1期 54-55,63页

作者：孙安玉江苏棠张高级中学

关键词：恒成立转化数形结合

集体备课何处去为有“说题”活水来——浅议“说题”在高中数学集体备课中的应用

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数学教育研究 2017年第1期 7-8,59页

作者：孙安玉江苏省徐州市铜山区裳张高级中学 221113

集体备课是一种重要的教研活动,它是备课组整体教学与管理能力提升的基地,传统的集体备课主要是学习教学理论、研究教学进度、探寻教学策略往往是大方向上的定位,对教学的指导有些“空”.高中的数学教学往往都是通过数学题目乍为知识的... 详细信息

集体备课是一种重要的教研活动,它是备课组整体教学与管理能力提升的基地,传统的集体备课主要是学习教学理论、研究教学进度、探寻教学策略往往是大方向上的定位,对教学的指导有些“空”.高中的数学教学往往都是通过数学题目乍为知识的传递、方法的学习和应用的载体,所以“说题”对于高中数学的集体备课更是相得益彰,结合实践笔者认为“说题”是一种有针对的、细化的、有效的集体备课方式.

关键词：集体备课 “说题” 高中数学应用教学与管理活水教研活动能力提升

数学课堂上的“自生型探究”——一节试卷评讲课上的意外收获

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中学数学研究 2017年第4期 7-8页

作者：孙安玉江苏省徐州市铜山区棠张中学

数学教学要培养学生的质疑能力和探究能力,课堂上的质疑和探究活动往往都是教师有目的的课前预设,而课堂上通过学生的自主学习和小组合作学习往往会有些意外的、自主生成的质疑和探究,笔者将其称为＂自生型探究＂,它是一种超出预定的、... 详细信息

数学教学要培养学生的质疑能力和探究能力,课堂上的质疑和探究活动往往都是教师有目的的课前预设,而课堂上通过学生的自主学习和小组合作学习往往会有些意外的、自主生成的质疑和探究,笔者将其称为＂自生型探究＂,它是一种超出预定的、自发性的、更深入的问题的提出、分析、解决、总结和拓展的活动.下面结合笔者执教的一节试卷评讲课所出现的教学片段谈一谈,不当之处请批评指正.

关键词：试卷评讲课数学课堂质疑能力小组合作学习自主学习探究能力数学教学探究活动