医学图像处理与基于可视化工具集的三维重建研究

摘要

医学图像三维重建的主要研究内容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；三维重建的表面绘制以及体绘制。首先介绍了医学图像三维重建及其在医学中的应用与关键技术；其次，详细研究了图像处理的各种技术，并且提出了一种基于二维灰度直方图的图像分割改进算法；最后，介绍了可视化工具集——VTK（The Visualization Toolkits）类库的特点、结构以及使用方法，并且使用VTK类库实现、分析和比较了面绘制、体绘制这两种目前主要的绘制方法。 图像滤波方法包括邻域平均法、中值滤波法等。主要讨论邻域平均法、中值滤波法和一种改进的增强边缘的中值滤波算法，分别对三种算法的原理、缺陷和实现过程进行了分析讨论，并对CT头部图像进行处理，就处理结果进行了分析。 图像分割方法主要包括基于阈值的分割方法、基于边缘检测的分割方法、基于区域增长的分割方法。重点是基于阈值的分割方法，详细讨论传统基于一维灰度直方图和二维灰度直方图的阈值分割方法，但这两种方法各自在分割效果与实时性方面存在极大的缺陷，因此提出了一种基于二维灰度直方图的改进算法，将处理空间控制在二维灰度直方图对角线两侧较小的区域内，并且采用一维最大熵分割算法求取阈值。然后使用三种算法对CT头部图像进行分割，证明此改进算法集二维灰度直方图的抗噪能力和一维灰度直方图的实时性优点于一体，可获得抗噪能力与实时性都比较令人满意的分割图像。 最后对表面绘制的MC（Marching Cubes）算法以及体绘制的光线投射算法的原理、缺陷以及解决办法进行了分析和比较,并且使用可视化工具集VTK类库，分别采用这两种算法对已经作了图像预处理后的CT头部图像（男性）进行了三维重建,也都取得了较好的可视化效果。