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基于统计形状模型的股骨快速建模方法

生物医学工程学杂志 2022年第5期39卷 862-869页

作者：张志伟陈瑱贤张志峰王彩梅靳忠民西安交通大学机械工程学院西安710049 长安大学工程机械学院西安710064 内蒙古医科大学第二附属医院呼和浩特010050 北京爱康宜诚医疗器材有限公司北京102299 西南交通大学机械工程学院成都610031

患者的骨几何模型是个体化生物力学建模与分析、手术规划方案制定、手术导板设计、人工关节定制的重要基础。本研究针对股骨提出一种基于统计形状模型的三维快速重建方法,结合患者X线平片数据,实现了个体化患者股骨几何的快速三维建模... 详细信息

患者的骨几何模型是个体化生物力学建模与分析、手术规划方案制定、手术导板设计、人工关节定制的重要基础。本研究针对股骨提出一种基于统计形状模型的三维快速重建方法,结合患者X线平片数据,实现了个体化患者股骨几何的快速三维建模。模型三维重建的平均误差在1.597~1.842 mm之间,均方根误差在1.453~2.341 mm之间。重建模型的股骨头直径、颈干角、偏置距离和前倾角的平均误差分别为0.597 mm、1.163°、1.389 mm和1.354°。相比传统建模方法,新方法能够在更短时间内较为准确地实现股骨三维快速重建。本文为骨几何三维快速建模提供了新技术,有助于推动针对患者的快速生物力学分析,为骨科植入物的选择与定制植入物假体的快速研发提供新的思路。

关键词：骨几何三维重建统计形状模型快速建模

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基于统计形状模型的面部特征提取随机方法

西安交通大学学报 2004年第6期38卷 603-606页

作者：樊鑫齐春梁德群黄华西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 大连海事大学信息工程学院大连116026

针对在复杂背景和部分遮挡情况下提取面部特征轮廓的困难,提出了一种基于统计模型的随机方法.该方法将面部特征轮廓作为动态随机过程的状态序列,并应用统计方法建立人脸整体形状模型和特征形状模型,分别构造面部特征间和面部特征内控制... 详细信息

针对在复杂背景和部分遮挡情况下提取面部特征轮廓的困难,提出了一种基于统计模型的随机方法.该方法将面部特征轮廓作为动态随机过程的状态序列,并应用统计方法建立人脸整体形状模型和特征形状模型,分别构造面部特征间和面部特征内控制点样本的预测方程,最后利用序列蒙特卡洛方法估计随机状态.该方法给出了面部特征提取的随机描述,打破了确定性方法对单高斯分布和轮廓形状线性变化的依赖性,实现了轮廓的准确可靠提取.对100幅正面人脸图像的实验结果表明,轮廓定位相对误差仅为2 7%.对标准人脸检测数据库中传统算法很难处理的复杂背景和部分遮挡情况,该方法能够正确定位面部特征轮廓.

关键词：面部特征提取随机状态估计统计形状模型序列蒙特卡洛方法

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基于统计形状模型的三维解剖结构预测

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第11期49卷 58-63页

作者：徐铸业赵小强罗文菲兰州理工大学电气工程与信息工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学国家级电气与控制工程实验教学中心甘肃兰州730050

针对在构建患者病患部位的预测模型过程中存在数据缺损的问题,提出一种根据缺损样本构建三维(3D)解剖结构预测模型(3DASPMB-DS)的方法.首先对输入数据集进行数据处理,将感兴趣区域从图像中分割出来,并将其作为训练样本集;然后手动模拟... 详细信息

针对在构建患者病患部位的预测模型过程中存在数据缺损的问题,提出一种根据缺损样本构建三维(3D)解剖结构预测模型(3DASPMB-DS)的方法.首先对输入数据集进行数据处理,将感兴趣区域从图像中分割出来,并将其作为训练样本集;然后手动模拟训练样本集中的缺损样本在所有情况下发生的数据缺损,并根据缺损样本构建出患者病患部位的预测模型;最后将预测模型与测试样本拟合,通过计算预测模型中的点与测试样本中对应点之间的距离来判断二者的拟合程度,并用相似度量函数来进行评估.采用30组骨盆的计算机断层(CT)扫描图像作为输入数据集来进行实验验证,结果表明:3DASPMB-DS具有较小的距离误差和较高的相似性系数,并且能够有效地构建出股骨的预测模型.

关键词：医学图像处理三维建模统计形状模型数据缺损形状分析

基于形状相似性和曲线化简的统计形状模型建立

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光电子．激光 2008年第9期19卷 1231-1234页

作者：宋卫卫华顺刚欧宗瑛赵德伟王卫明济南大学机械工程学院山东济南250022 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024 大连大学附属中山医院辽宁大连116001

针对活动形状模型(ASM)中统计模型建立存在的标记点的自动选取和点的对应两大问题,提出了一个完整的解决方案:首先通过矩阵的相似变换对齐训练集中各样本,然后根据样本特征,选择基准样本,再利用曲线化简方法在基准样本上自动提取特征点... 详细信息

针对活动形状模型(ASM)中统计模型建立存在的标记点的自动选取和点的对应两大问题,提出了一个完整的解决方案:首先通过矩阵的相似变换对齐训练集中各样本,然后根据样本特征,选择基准样本,再利用曲线化简方法在基准样本上自动提取特征点,最后利用训练样本间形状的相似性,由基准样本上的特征点向其它样本投影得到所有样本上的标记点,实现了标记点的自动选取,同时保证了样本间标记点的一一对应。为了验证该方法的精确性和有效性,分别建立股骨和髋臼骨的点分布模型,实验结果表明,模型形状变化表现力强、计算效率高。分别与传统的手工标记法和优化法比较,在具有相同形状表现力的情况下,本文方法建模效率更高,时间开销更小。

关键词：统计形状模型形状相似性曲线化简特征点对应

基于统计信息及个体信息的统计形状模型的肝脏分割

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南方医科大学学报 2012年第1期32卷 23-27页

作者：李春丽张久楼冯前进南方医科大学生物医学工程学院广东广州510515

目的提出一种精确有效的分割CT图像中的肝脏区域的算法。方法在统计形状模型的基础上加入灰度模型,其中灰度模型包含了训练集中图像的统计灰度信息和测试集中病人的特异性信息。既从整体上对肝脏组织分割进行控制,又从边缘细节上加以优... 详细信息

目的提出一种精确有效的分割CT图像中的肝脏区域的算法。方法在统计形状模型的基础上加入灰度模型,其中灰度模型包含了训练集中图像的统计灰度信息和测试集中病人的特异性信息。既从整体上对肝脏组织分割进行控制,又从边缘细节上加以优化。结果对测试集中的10个数据进行测试,相较于传统方法,OE和ASD有明显的提高。结论提出有效的灰度模型不仅提高了分割的精度,而且增强了稳定性。

关键词：统计形状模型灰度模型统计灰度信息特异性信息肝脏分割

一种基于动力学统计形状模型的超声图像分割方法

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中国科学：信息科学 2015年第11期45卷 1449-1465页

作者：倪波何发智袁志勇武汉大学计算机学院武汉430033 湖北理工学院计算机学院黄石435003

从2D超声图像中分割出病灶区域的轮廓是计算机辅助治疗中制定术前计划的重要步骤.然而,有效的超声图像分割方法依旧是一个挑战性难题,主要原因有两个:(1)超声图像自身固有的低信噪比和灰度分布不均匀造成的病灶区域局部边缘模糊;(2)成... 详细信息

从2D超声图像中分割出病灶区域的轮廓是计算机辅助治疗中制定术前计划的重要步骤.然而,有效的超声图像分割方法依旧是一个挑战性难题,主要原因有两个:(1)超声图像自身固有的低信噪比和灰度分布不均匀造成的病灶区域局部边缘模糊;(2)成像过程中病人呼吸或外部挤压容易造成体内软组织的形变从而引起病灶区域的几何轮廓的复杂性.这些因素导致许多分割方法不容易收敛到真实的病灶区域.为解决以上问题,本文提出了一种基于动力学统计形状模型的分割方法.首先,该方法定义一种时间序列模型用作病灶区域形状的参数化表示模型,并用随机差分方程(stochastic difference equation,SDE)作为轮廓的动力学生成模型;然后利用Fokker-Planck方程(FPE)的性质和对样本集进行统计建模推导出动力学生成模型的系数项和形状先验概率,我们称此统计形状模型(statistical shape model,SSM)为SF-SSM;此外,根据超声图像中病灶区域内外灰度变化的统计信息并结合半径时间序列模型构建了一种径向轮廓特征模型(radial profile feature model,RPFM),该模型为先验形状提供置信区域和似然概率;最后,分割的优化过程被转化为求最大后验概率的过程.为了验证本文方法的性能,采用真实的临床超声图像作为训练和测试集合,并与其他3种典型的分割方法在同一测试集合中进行比较.实验结果显示,在不同质量的超声图像中,本文方法提供了更准确的分割结果.此外,该方法友好的初始化方式提高了交互式分割的效率,从而提高了计算机辅助治疗的效率和效果.

关键词：动力学模型 Fokker-Planck方程统计形状模型超声图像分割计算机辅助治疗

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基于三维统计形状模型的肝脏分割

厦门大学学报（自然科学版） 2013年第6期52卷 751-756页

作者：肖求根程明王博亮厦门大学信息科学与技术学院福建厦门361005

基于三维统计模型的肝脏分割是医学图像处理领域最近几年兴起的一种分割方法,其以分割效果好和错误率低得到研究者关注.但该分割算法对模型的初始定位敏感,人工定位容易引入误差,这限制了三维统计模型算法的进一步应用.描述了肝脏平均... 详细信息

基于三维统计模型的肝脏分割是医学图像处理领域最近几年兴起的一种分割方法,其以分割效果好和错误率低得到研究者关注.但该分割算法对模型的初始定位敏感,人工定位容易引入误差,这限制了三维统计模型算法的进一步应用.描述了肝脏平均模型的构造和应用,改进了平均模型的加权形式,提出了基于统计直方图的全自动定位方法,简化了模型的定位.

关键词：统计形状模型三维肝脏分割定位

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双侧内耳统计形状模型

解剖学报 2018年第6期49卷 736-739页

作者：李熹吴曙智郑炎焱陈晓素杨晓国杨晓凯温州医科大学第三临床学院温州市人民医院神经内科浙江温州325000

目的探讨建立双侧内耳统计形状模型的方法和影响因素,并探讨使用平均双侧内耳模型作为带空间信息的标准模型。方法通过Otsu法以及手动分割37例双侧内耳模型,对模型进行配准并生成统计形状模型,观察测量标准模型空间信息。结果 Otsu法可... 详细信息

目的探讨建立双侧内耳统计形状模型的方法和影响因素,并探讨使用平均双侧内耳模型作为带空间信息的标准模型。方法通过Otsu法以及手动分割37例双侧内耳模型,对模型进行配准并生成统计形状模型,观察测量标准模型空间信息。结果 Otsu法可以分割获取高质量内耳模型,模型配准后使用Statismo 0.81软件可以生成稳定的内耳统计形状模型,其导出的平均模型空间方向信息具有代表性。结论双侧内耳统计形状模型可以导出平均模型作为带空间方向信息的标准模型。

关键词：内耳统计形状模型标准模型配准分割磁共振成像 Otsu法人

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基于统计形状模型的颅骨自动性别识别

计算机科学 2019年第6期46卷 282-287页

作者：杨稳刘晓宁朱菲赵尚豪王世雄西北大学信息科学与技术学院

颅骨性别识别是法医人类学的热门研究课题之一,在刑侦、考古人类学等领域具有重要的研究价值。以往的颅骨性别识别是人类学家通过经验观察形态或对具有性别二态性差异的特征进行测量分析确定的,主观性较强。文中提出了一种用于三维数字... 详细信息

颅骨性别识别是法医人类学的热门研究课题之一,在刑侦、考古人类学等领域具有重要的研究价值。以往的颅骨性别识别是人类学家通过经验观察形态或对具有性别二态性差异的特征进行测量分析确定的,主观性较强。文中提出了一种用于三维数字化颅骨的自动性别识别方法。首先构建用于颅骨的统计形状模型,然后将高维颅骨特征投影到低维形状空间,最后使用Fisher判别分析在低维形状空间对颅骨进行分类。这种方法结合了测量法和形态学方法的优点,操作方便,无需专业人员和繁琐的手动测量。实验选择267个维吾尔族的颅骨模型,男性114个,女性153个。其中76个男性和102个女性的颅骨用来建立性别判别模型,其余的用来验证。实验结果表明,所提方法对维吾尔族男性和女性颅骨性别识别的正确率分别为94.7%和92.1%,留一交叉检验表明该方法具有较高的准确率。

关键词：颅骨性别识别统计形状模型 Fisher判别分析留一交叉检验