Объектом исследования являются наборы снимков головы исследований магнитно-резонансной томографии и компьютерной томографии в формате DICOM. Цель работы – построение трехмерных моделей тканей головы человека по данным исследований магнитно-резонансной томографии или компьютерной томографии в формате DICOM, необходимых для реализации навигации манипулятора. В ходе работы проводились экспериментальные исследования методов и подходов к сегментированию и моделированию структур головы. Результаты работы показали, что существующие методы сегментирования и моделирования поверхности головы не соответствуют требованиям к модели для данной работы, поэтому был синтезирован собственный метод сегментации и построения полой модели поверхности головы. Существующий метод сегментации поверхности головного мозга, основанный на атласах, оказался подходящим для использования в данной работе. На его основе был написан скрипт, автоматизирующий извлечение модели из исходных данных исследования. Также были разработаны алгоритмы разметки получаемых моделей поверхности головы для первоначального позиционирования и автоматической навигации рабочего органа. Полученные алгоритмы и методы были интегрированы в пульт управления системой навигации.

The object of the study are sets of head images of magnetic resonance imaging and computed tomography studies in the DICOM format. The purpose of the work is to build three-dimensional models of human head tissues based on the data of magnetic resonance imaging or computed tomography studies in the DICOM format, necessary for the implementation of manipulator navigation. In the course of the work, experimental studies of methods and approaches to segmentation and modeling of head structures were carried out. The results of the work showed that the existing methods for segmenting and modeling the head surface do not meet the requirements for the model for this work, therefore, an own method for segmenting and constructing a hollow model of the head surface was synthesized. The existing atlas-based brain surface segmentation method proved to be suitable for use in this work. Based on it, a script was written that automates the extraction of the model from the initial data of the study. Algorithms for marking the obtained head surface models for initial positioning and automatic navigation of the working body were also developed. The obtained algorithms and methods were integrated into the navigation system control panel.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1 Аналитический обзор методов сегментации тканей головы
  • 1.1 Исходные данные
  • 1.1.1 Особенности применения методов МРТ и КТ для сегментации структур головы
  • 1.1.2 Представление исходных данных
  • 1.1.3 Хранение исходных данных
  • 1.1.4 Стандарт DICOM
  • 1.2 Требования к результатам сегментации
  • 1.3 Обзор существующих методов трехмерной визуализации структур тканей головы
  • 1.3.1 Объемный рендеринг (Volume Rendering)
  • 1.3.2 Марширующие кубики (Marching Cubes)
  • 1.3.3 Методы основанные на контурах
  • 1.4 Результаты сегментации поверхности головы существующим программным обеспечением
  • 1.5 Результаты сегментации поверхности головного мозга существующим программным обеспечением
  • 1.6 Выводы по главе 1
• 2 Разработка алгоритмов получения сегментированных моделей тканей головы человека
  • 2.1 Синтез алгоритма получения модели поверхности головы
  • 2.1.1 Выбор инструментов для синтеза алгоритма
  • 2.1.2 Извлечение последовательности изображений
  • 2.1.3 Нормализация изображений
  • 2.1.4 Выделение контура головы
  • 2.1.5 Преобразование контуров в облако точек
  • 2.1.6. Триангуляция облака точек
  • 2.1.6.1 Advancing Front
  • 2.1.6.2 Alpha Shapes
  • 2.1.6.3 Scale Space
  • 2.1.6.4 Poisson
  • 2.1.6.5 Сравнение результатов
  • 2.2 Синтез алгоритма получения модели головного мозга
  • 2.2.1 Выбор инструментов для синтеза алгоритма
  • 2.2.2 Конвертация исходных данных
  • 2.2.3 Приведение форматов
  • 2.3 Выводы по главе 2
• 3 Интеграция полученных алгоритмов в пульт управления системы навигации и анализ результатов
  • 3.1 Визуализация исходных данных и полученных моделей
  • 3.2 Разметка моделей для проведения процедуры ТМС
  • 3.2.1 Разметка модели поверхности головы по системе 10-20
  • 3.2.2 Проецирование сетки контрольных точек в заданную точку на модели поверхности головы
• 3.3 Итоговый результат
  • 3.4 Выводы по главе 3
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ