医学断层图像预处理及三维重建技术研究

摘要

本文主要研究医学图像的三维重建技术。医学图像三维重建是目前的一个研究热点问题，在诊断医学、手术规划及模拟仿真、整形及假肢外科、放射治疗规划、解剖教学等方面都有重要应用。因此，对医学图像三维重建的研究，具有重要的学术意义和应用价值。 首先，介绍医学图像三维表面重建的主要研究内容，它包括医学图像的预处理，如插值、滤波等；组织或器官的分割与提取；复杂表面多相组织成份三维几何模型的构建，提出的分割方法的步骤是先分析各断层图像的灰度直方图和三维图像的整体灰度直方图，交互给定分割阈值的上限和下限，对三维图像二值化；然后根据待重建组织的形态特征选取合适的形态学操作进行区域修整；最后用种子填充算法来填充出要分割的区域。 其次，讨论MT算法的原理及实现方法，分析MT算法的剖分一致性。对分割出的组织区域，给定等值面值，实现了MT算法构造其三维表面模型。针对MT算法提出了相关性处理，避免了大量的重复性插值计算，加速了重建速度，并且方便地记录下顶点与三角面的邻接关系。 再次，通过对不同重建算法的比较，提出了以光线投射技术为基础的医学图像三维重建方案，利用矩阵变化、加速技术以及包围盒技术优化了重采样算法，最后在PC机平台上实现了该方案，获得了接近实时的交互速度，解决了体数据量大，绘制速度慢的缺点，大大提高了绘制的速度。 最后，通过实验对所提出的算法进行了验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3研究意义

1.4研究内容

1.5本文组织结构

第2章基础知识

2.1概述

2.2体数据的描述

2.3插值

2.3.1三次线性插值

2.4投影变换

2.5空间变换

2.5.1三维几何变换

2.6三维图形的裁剪

2.7明暗计算

2.7.1法向量的计算

2.7.2 Phone光照模型

2.8数字图像的合成

第3章医学图像的预处理与分割

3.1概述

3.2医学图像的获取及其数据类型

3.2.1三维空间数据场的数据类型

3.2.2医学图像的获取与输入

3.3医学图像的预处理

3.3.1医学图像滤波

3.3.2二维断层图像之间的插值

3.4医学图像的分割

3.4.1体数据的二值化

3.4.2用数学形态学解决分割问题

3.4.3种子填充法进行种子提取

3.4.4分割结果及分析

3.5本章小结

第4章基于面绘制的医学图像三维重建算法

4.1概述

4.2移动四面体(Marching Tetrahedra)算法的基本原理

4.3四面体剖分的一致性处理

4.4相关性处理加速MT重建速度

4.4.1体素内的相关性处理

4.4.2体素间的相关性处理

4.4.3顶点与三角面片的优化存储

4.5 MT算法的重建结果与分析

4.6本章小结

第5章基于体绘制的医学图像三维重建算法

5.1概述

5.2光线投射算法的原理及其局限性

5.2.1光线投射算法的原理

5.2.2局限性和解决办法

5.3优化重采样的算法

5.3.1矩阵变换和加速技术

5.3.2包围盒技术和光线的体素化

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

作者简介