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双能X射线骨密度仪软件研制及算法研究

双能X射线骨密度仪软件研制及算法研究

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作者：姚雪鹏重庆理工大学

学位级别：硕士

随着社会的进步,医学技术的快速发展,人类的寿命普遍延长,在人口老年化的进程中全世界都将面临严峻的挑战。一个个医学难题在全世界的努力下被攻克,但还有很多没有被攻克的难题威胁着全世界人类,特别是一些慢性疾病。虽然人们对自己的... 详细信息

随着社会的进步,医学技术的快速发展,人类的寿命普遍延长,在人口老年化的进程中全世界都将面临严峻的挑战。一个个医学难题在全世界的努力下被攻克,但还有很多没有被攻克的难题威胁着全世界人类,特别是一些慢性疾病。虽然人们对自己的健康状态特别关注,但在面对一些早期症状并不影响人们的正常生产和生活时,由于工作和时间的问题,人们往往选择忽略。骨质疏松症就是这类疾病的代表,骨质疏松症是一种全身性骨病,患者全身疼痛,腰背活动受到限制,骨折风险增加。40岁后骨质流失就已经开始发生,在骨质流失早期人们根本感觉不到身体发生的变化,只有在骨质流失的晚期,已经患上骨质疏松症时,骨质疏松性骨折就会严重威胁人们的健康和生活水平。正是由于骨质疏松这种漫长的发展过程得不到人们的关注,关心骨质疏松症的人普遍为医院医生、相关学者、患有骨质疏松症的病人和少数年轻人。骨质疏松症是一种被普通人忽视的严重影响生活的疾病。同时女性骨质疏松症患病率远高于男性,女性应更加的关注自己的骨骼健康。本文介绍双能X射线的物理原理,X射线与物质的相互作用光电效应、康普顿效应和电子对效应。X射线在人体中的衰减,单能X射线的衰减规律和双能X射线的衰减规律。骨密度的测量方法有X射线拍片法、光子吸收法、超声测量法、定量CT测量法和双能X射线吸收法。设计尺桡骨双能X射线骨密度仪的软件,要求软件有简单的工作流,操作流程直观清晰。本研究使用高低能切换方法产生双能X射线,锥束X射线扫描方式快速获取尺桡骨图像。软件设计内容包括X射线的曝光控制、数据采集、尺桡骨图像分割和骨密度计算算法。曝光控制通过串口通讯的方式给双能X射线骨密度仪发送曝光命令和曝光数据。数据采集即读取数据采集卡的图像。使用haar-like级联分类器定位尺桡骨在图像中的位置,haar-like级联分类器识别率96.1%。通过Canny边缘检测等技术完成尺桡骨图像的分割,分割正确率98.77%。通过二次曲面拟合的方法计算骨密度值。经过准确度测试,体模测试线性度相关系数大于99%,单日重复性和多日重复性变异系数CV值小于1%。

关键词：尺桡骨骨密度骨质疏松症 haar-like级联分类器二次曲面拟合

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