医学图像三维可视化体绘制算法研究

摘要

医学图像三维可视化是一种将传统的计算机图形学的相关知识运用到医学领域中,在计算机上对医疗设备获取的二维断层图像,通过图形学技术的处理和转化,根据视觉原理显示为直观的三维立体图像的理论、方法和技术。因其绘制的立体图能清晰显示组织、器官等各层次结构和内部构造,辅助医生准确和可靠地进行手术方案制定与术前模拟,因此它不仪对临床医学具有重大的实用价值,对医学研究亦具有重要的学术意义,同时也逐渐成为计算机图形图像学研究的热点。
　　 本文详细地介绍了医学图像可视化发展历程和研究现状,探讨了体绘制概念以及目前用于体绘制的常用算法,并综合比较了它们的优缺点及已存在的改进方法。重点研究了光线投射算法原理、实现及存在的局限性,在分析其本身存在的参与计算的数据量巨大、重采样过程复杂、绘制图像速度较慢等问题的基础上,以及研究目前现有的加速算法的基础上,提出了基于动态包围球技术(DBSDYNAMIC BOUNDING SPHERE)的光线投射算法,利用动态的包围球技术缩短采样步长,减少不必要的采样点。对于重采样过中,对采样点坐标转换过程运用几何相关特性经矩阵变换在两坐标系中不变或者均匀变换的特性,改变采样点坐标求解顺序,进一步计算复杂度,提高了绘制速度。最后,结合3dMED和VC++6.0搭建实验平台,通过插件的方式实现本文提出的改进算法。在普通PC机相同的条件下分别用经典光线投射和本文提出的改进后的光线投射算法进行三维重建实验,从绘制的图像对比得出：改进后的算法在保证绘制图像质量的基础上,绘制速度有明显的提高,实验论证了本文提出的改进算法的医学实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 课题研究的背景及意义

1.1.2 医学图像三维可视化国内外研究现状

1.1.3 周内外医学图像三维可视化科研成果

1.1.4 医学图像三维可视化应用

1.2 医学图像三维可视化技术概述

1.2.1 基本原理及步骤

1.2.2 图像绘制方法分类及比较

1.3 本文的章节内容安排

第2章 医学数据获取与预处理

2.1 医学图像的获取

2.1.1 CT成像原理

2.1.2 CT图像和CT值

2.1.3 CT图像的特点

2.2 CT图像预处理

2.2.1 滤波

2.2.2 增强

2.2.3 断层间的插值

2.3 CT图像的分割

2.3.1 基于区域分割法

2.3.2 基于边缘分割法

2.3.3 结合区域与边界信息的分割

2.4 本章小结

第3章 体绘制方法概述

3.1 体绘制原理

3.1.1 体数据获取及类型

3.1.2 体数据分类

3.2 体绘制过程中的光学模型

3.2.1 光线吸收模型

3.2.2 光线发射模型

3.2.3 光线吸收与发射模型

3.3 直接体绘制算法

3.3.1 空域体绘制算法

3.3.2 非空域体绘制

3.3.3 算法性能比较

3.4 体绘制加速方法概述

3.4.1 提前不透明度截止

3.4.2 剔除无贡献体素

3.4.3 多分辨率绘制

3.4.4 硬件加速

3.4.5 并行加速

3.5 本章小结

第4章 光线投射算法及其改进与实现

4.1 经典的光线投射算法

4.1.1 基本原理

4.1.2 颜色赋值

4.1.3 明暗计算

4.1.4 重采样

4.1.5 图像合成

4.2 局限性及常用加速方法

4.2.1 局限性

4.2.2 常用加速方法

4.3 光线投射算法的改进与实现

4.3.1 加速可行性理论推导

4.3.2 具体实现

4.4 本章小结

第5章 实验与结果分析

5.1 实验系统

5.2 实验步骤

5.3 实验硬件平台及实验结果分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文