基于MR图象的侧脑室三维重建技术研究

摘要

医学影像三维重建是目前的一个多学科交叉的研究领域，是计算机图形学和图象处理在生物医学工程中的重要应用。它涉及数字图象处理，计算机图形学以及医学领域的相关知识。近年来，医学影象三维重建可视化在诊断医学，手术规划及模拟仿真，解剖教学等方面发挥着越来越重要的作用。
　　本文主要针对通过MR扫描装置获得的人脑数据集，以三维可视化技术建立一个三维数字化人脑侧脑室系统模型。主要围绕二维图象的载入，预处理和显示，三维模型的构建，以及所构建模型的简化几个方面展开研究。
　　在二维图象的处理方面，主要实现对一组医学断层数据的载入，预处理，分割和浏览显示，对现有的分割算法进行了研究，在绘制上采用OPGL来绘制；在三维重建方面，研究了现有的医学图象三维重建所采用的一些方法，分析了面绘制和体绘制各自的优缺点，选取了表面绘制中的MC算法来进行三维表面模型的重建。MC算法是基于规则体数据抽取等值面的经典算法，本文实现了这种算法对人脑侧脑室二维断层数据的三维模型重建，并分析了这种算法的缺点：连接方式二义性以及重建三角面片过多重建速度慢等。
　　针对这些缺点进行了相应的改进：解决二义性主要介绍了二义性平均值判定法，子构型查找表，梯度一致性准则和渐近线判别法等方法，本文主要应用了渐近线判别法来消除二义性；模型的简化主要介绍了抽样，自适应细分，删除和顶点合并等思想，本文基于这些思想实现了一种改进算法：数据预存储算法。该算法主要实现了一种有效的数据缓冲机制，对MC算法所需要载入的断层数据进行了缓冲处理，对需要重复读取的层数据预先进行存储，从而更有效的利用了存储空间，提高了绘制速度，通过实验证明在重建效果相差不大的情况下，内存占用和绘制速度都有提高。三维显示中可以实现对重建后的表面模型的绘制和显示，以及对重建后模型的浏览。论文最后综述了侧脑室系统三维重建系统的开发，分析了重建系统的程序流程，对系统进行了模块划分，能满足医学影象数据的可视化要求，并具有良好的普适性和扩展性。
　　本论文也对今后的工作做了展望，为后续开发提供了软件平台。

目录

基于MR图象的侧脑室三维重建技术研究

STUDY ON THE TECHNIQUES FOR 3D RECONSTRUCTION OF VENTRICLE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 人脑组织三维重建研究的国内外现状

1.2 医学图象三维重建技术综述

1.3 本课题的研究内容和主要工作

第2章 二维断层数据的处理

2.1 图象数据的预处理

2.1.1 医学图象数据与一般光学图象的不同

2.1.2 图象滤波

2.1.3 图象锐化

2.2 图象分割方法简介

2.2.1 基于边界的分割

2.2.2 基于区域的分割

2.3 BMP数据的操作

2.3.1 WINDOWS的BMP文件结构[18]

2.3.2 对BMP数据的操作

2.4 OpenGl的基本操作

2.4.1 坐标系的确定

2.4.2 OpenGL实现绘制的步骤

2.5 本章小结

第3章 基于MR图象的三维表面模型的构建

3.1 三维重建算法的研究

3.1.1 表面重建算法的研究

3.1.2 体重建方法的研究

3.2 移动立方体(Marching Cubes)算法抽取等值面

3.2.1 MC算法的基本原理

3.2.2 MC算法生成等值面的缺点分析

3.2.3 MC算法的改进

3.3 MC算法在程序中的实现及分析

3.4 本章小结

第4章 基于MR图象的侧脑室三维重建系统的开发

4.1 重建系统框架结构及程序流程

4.1.1 系统的功能模块划分

4.1.2 系统的程序流程

4.2 开发环境及程序界面

4.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢