基于VTK的三维医学影像诊断系统的设计与实现

摘要

近年来，随着CT、MR等医学成像设备的发展，与之配套的影像解决方案成为研究的热点，如医学图像传输与存档系统PACS、三维医学影像诊断系统。其中，三维医学影像诊断系统是用于CT、MR序列三维重建，并提供交互测量等影像后处理功能的软件系统。它除了具有常规二维图像显示和处理功能以外，还具有序列三维重建、三维测量、三维图像任意切割和分割、任意断面重建、虚拟内窥镜等高级分析处理能力。
　　针对三维医学影像诊断系统在效率和效果上普遍存在的问题，本课题做了以下五个方面的内容。
　　1.对适用于三维医学影像诊断系统的常用算法进行了深入的研究，包括体绘制RayCasting算法、纹理映射算法和面绘制MarchingCubes算法等，并且在本课题设计的软件系统中实现了这几种算法。
　　2.对三维重建算法通过图形处理单元的加速原理和方法作了研究，并且通过Opengl和着色语言GLSL以及GTX660实现了光线投射算法的图形硬件加速。
　　3.基于可视化类库VTK、应用程序框架MFC和C++编程等技术，开发了一款运行于Windows平台上的三维医学影像诊断系统。在系统中实现了常用的基于各种重建算法的DICOM序列的三维可视化和基于GPU的体绘制重建算法加速。
　　4.在本软件系统中集成了三维影像的各种交互测量功能、多平面重建功能、虚拟内窥镜功能、切割功能和普通二维图像显示和处理功能。
　　5.体绘制传递函数经过多次的修改调校，找到了一种符合临床应用的体绘制可视化方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 论文的研究背景和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 课题的研究内容

1．4．1 医学体数据重建算法比较和选取

1．4．2 三维重建算法的高速化

1．4．3 三维医学影像诊断系统的开发

1．5 论文的结构

2 适用于三维医学影像诊断系统的重建算法研究

2．1 三维重建综述

2．1．1 医学影像后处理中的三维重建

2．2 三维重建算法的选择

2．2．1 面绘制算法的选取

2．2．2 体绘制算法的选取

2．3 医学图像三维重建在三维医学影像诊断系统中的应用

2．4 本系统中采用的重建算法研究

2．4．1 Marching Cubes算法(MC)

2．4．2 RayCasting算法

2．4．3 明暗计算

2．4．4 最大密度投影

2．4．5 RayCasting算法的改进和加速

3 三维重建算法的高速化研究

3．1 基于GPU的纹理映射体绘制算法研究

3．2 基于GPU的RayCasting算法研究和仿真

4 系统设计

4．1 系统总体功能设计

4．1．1 三维重建模块

4．2．2 二维重建模块

4．2．3 交互测量模块

4．2 基于类的设计

4．3 界面设计

5 系统实现

5．1 开发工具和开发环境

5．1．1 系统的开发环境

5．1．2 VTK编程

5．1．3 编程环境的搭建

5．2 DICOM医学图像解析

5．2．1 DICOM标准

5．2．2 DICOM文件解析

5．2．3 数据元素

5．3 三维重建模块的实现

5．3．1 面绘制MC算法的实现

5．3．2 体绘制算法的实现

5．4 二维重建模块实现

5．5 交互测量模块的实现

5．5．1 六面体切割实现

5．5．2 二维三维图像处理交互的实现

5．5．3 虚拟内窥镜

6 系统测试和评价

6．1 重建效果评价

6．2 重建速度评价

6．3 系统界面

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

个人简历

致谢