DICOM医学图象体绘制加速及压缩算法研究与实现

摘要

医学图象体绘制是可视化领域的研究热点和经典主题。医学图象体绘制技术能充分利用CT、MRI等医学图象体数据，根据需要得到任意视角的三维图象，便于医生对人体内部结构进行观察，并且通过丰富的交互过程，给医生提供了多角度、多层次的观察和分析手段。
　　然而面对现今庞大的数据量，对可视化技术提出了更高的要求，如何在PC机上实现大规模体数据的实时绘制成为我们亟待解决的问题。因此体数据压缩成为现今非常活跃的一个研究领域。
　　本文在国家数字化医学影像设备工程技术研究中心的资助下，主要在体绘制加速及压缩方面进行了研究，主要工作围绕以下几个方面:
　　首先，根据DICOM医学图象格式与数据编码方法实现了DICOM文件的解析和读取，使其能直接用于体绘制中。
　　然后，分析研究了当今主流的体绘制算法。针对实际应用中要求实时绘制的要求，实现了提高体绘制效率的Proximity Clouds加速算法，绘制速度因此提高了70％。并且进一步对梯度计算进行改进，将改进后的算法应用于基于GPU的光线投射法中，绘制速度又进一步得到了提高。
　　最后，提出了增量式体数据压缩算法，在光线投射体绘制算法中完成了压缩体数据的工作。与传统的VQ和小波变换等压缩算法相比，增量式体数据压缩算法是无损压缩，不需要解压缩，能够实现大规模数据的实时体绘制，压缩比一般可以达到1∶2以上（如心脏体数据的压缩比为1∶2.5，头部体数据的压缩比为1∶1.8），但是预处理时间较长。此外，本文还实现了动态体数据载入算法，使大规模数据能够分层载入容量有限的显卡中。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 医学图象三维可视化技术

1．2．1 医学图象三维可视化流程

1．2．2 两种绘制方法

1．3 研究背景

1．4 研究现状

1．5 论文主要工作和结构

1．5．1 主要工作

1．5．2 论文结构

第2章 DICOM标准分析

2．1 DICOM标准介绍

2．1．1 DICOM3．0标准的特点

2．1．2 DICOM3．0的组成

2．2 DICOM文件格式

2．2．1 DICOM文件总体结构

2．2．2 DICOM文件头

2．2．3 DICOM数据集

2．3 DICOM文件示例

2．4 DICOM文件解码实现

2．5 本章小结

第3章 体绘制算法研究

3．1 体绘制原理

3．1．1 重构和重采样

3．1．2 分类和渲染

3．1．3 图象合成

3．2 体绘制典型算法

3．2．1 光线投射算法

3．2．2 三维纹理映射算法

3．2．3 足迹表算法

3．2．4 错切变形算法

3．3 体绘制算法比较

3．4 实验结果

3．5 本章小结

第4章 体绘制加速算法

4．1 加速算法简介

4．2 Proximity Clouds加速算法

4．2．1 Proximity Clouds算法原理

4．2．2 距离场的建立

4．2．3 光线的投射过程

4．3 梯度算法的改进

4．5 实验结果与分析

4．6 本章小结

第5章 体数据压缩算法

5．1 体数据压缩技术

5．1．1 有损压缩及无损压缩

5．1．2 医学图象压缩算法的评价

5．2 增量式体数据压缩算法

5．2．1 算法原理

5．2．2 码表的生成

5．2．3 采样点位置的判断

5．2．4 实验结果及讨论

5．3 动态体数据载入算法

5．3．1 体绘制积分的分解

5．3．2 体数据动态载入

5．3．2 实验结果

5．4 本章小结

第6章 讨论与结论

6．1 主要工作

6．2 前景展望

参考文献

致谢