基于CT图像的人体骨骼三维重建算法研究

摘要

医学图像三维重建技术已经广泛应用于医疗辅助诊断与医学教育领域，对三维重建技术的研究，不仅可以帮助医生从多角度、多方位地观察病人病灶区域，降低了影像诊断病情时对医生经验的依赖，而且还能够帮助医生在手术之前对手术进行模拟选出最佳手术方案。光线投射算法作为经典的像序体绘制算法被广泛应用于医学领域。光线投射算法的绘制效果在常用体绘制算法中是最高的，但是其绘制速度不能满足实时绘制需求，所以对光线投射算法的绘制速度进行改进具有理论与实际意义。目前，医院所用的 CT或 MRI设备上附带的医学图像辅助诊断系统其价格都非常昂贵，国内在这方面的研究还处于起步阶段，还没有成熟可商用的三维图像辅助诊断系统，所以研究出具有我国自主知识产权的三维图像辅助诊断系统变得非常有实用性价值，还可以降低三维辅助诊断系统的价格使其普及化。本文探讨了光线投射算法在绘制速度上的改进方法和医学辅助诊断系统实现的方法和过程，主要完成的工作如下：
　　1光线投射算法的改进。针对光线投射算法在医学辅助诊断时绘制速度慢、不能满足实时交互操作要求的问题，结合各学者所提出改进算法的优点，本文提出了一种基于最大熵阈值分割和包围盒划分的体绘制加速算法，算法通过二维最大熵阈值分割、包围盒划分、八叉树数据格式存储最大限度地滤去无效体素，从而提高了光线投射算法绘制速度。
　　2三维辅助诊断系统的设计及实现。首先对系统功能需求、系统开发和运行环境进行分析，然后从系统结构、界面和功能模块上对系统进行详细设计，实现单个图像的显示与处理、面显示三维重建、体显示三维重建和改进显示三维重建等功能。
　　对光线投射算法的改进通过实验结果表明，本文提出的改进算法与传统光线投射算法相比在绘制速度上加速比可以达到3以上，基本满足了实时绘制的要求。所开发的医学图像辅助诊断系统能够正确清晰地重建出人体骨骼。提出的光线投射改进算法和医学图像辅助诊断系统为我国三维重建技术的发展提供了一些参考与临床价值。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

第2章 体绘制三维重建技术理论基础

2.1 引言

2.2 体绘制基本概念

2.3 体数据分类及描述

2.4 体绘制基本流程

2.5 体绘制算法概述

2.6 四种体绘制算法的比较

2.7 本章小结

第3章基于VTK的Ray Casting算法实现

3.1 引言

3.2 三维可视化技术

3.3 光线投射算法原理

3.4 光线投射算法实现

3.5基于VTK的Ray Casting算法实现

3.6 本章小结

第4章 基于最大熵阈值分割和包围盒划分的体绘制算法

4.1 引言

4.2 光线投射算法存在的问题

4.3 光线投射算法的优化

4.4 改进算法原理

4.5 改进算法实现

4.6 实验结果及分析

4.7 本章小结

第5章 医学图像辅助诊断系统的设计及实现

5.1 引言

5.2 系统设计原则

5.3 系统需求分析

5.4 系统详细设计

5.5 系统功能实现

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果