体绘制下虚拟内窥镜系统自动漫游技术研究

摘要

虚拟内窥镜是利用计算机图形学、虚拟现实、图像处理和科学可视化等信息处理技术仿真光学内窥镜对病人进行诊断的一种技术,是虚拟现实技术在医学临床诊断中的实际应用。因为该技术只是对CT或者 MRI断层医学图像进行处理,完成对人体的检查和诊断,所以该技术不同于传统光学内窥镜的诊断方式,它是一种非侵入式手段,不需要将实物侵入到人体内部进行检查。与传统光学内窥镜相比,该技术能避免侵入式诊疗给病人带来的痛苦和穿孔等危险,并且可以对一些物理实物不能侵入的组织器官进行检查。该技术在医疗诊断领域使用的范围越来越广,它能为医生在诊疗过程中提供诊断依据,为医生进行手术规划和实现手术精确定位起到辅助作用。
　　论文重点深入研究了虚拟内窥镜系统实现的四个关键技术:图像分割、三维重建、中心路径提取和虚拟漫游。在图像分割过程中,实现了基于区域生长算法的图像分割,从医学原始图像中准确高效地提取出人体结肠数据,此数据即为整个论文的数据部分。在三维重建方面,介绍了面绘制和体绘制实现方法和原理,论文重点介绍了体绘制的光线投射算法,并使用该方法完成了论文三维重建部分。在中心路径提取过程中,使用了边界距离变换算法,该算法在实现过程中需要建立边界距离场和源距离场,通过两个场的共同作用使得提取出的路径中心性好,在漫游时具有最大的视向角度,并且解决了弯道提取中心路径比较困难的问题。论文针对算法提取路径时间效率低的不足,提出了通过计算体素点ID值、增加标记变量、建立结构体数组和利用超大数组建立ID值与点在点集中位置的一一对应关系的方法,提高了提取路径的时间效率。在虚拟漫游方面,首先对虚拟内窥镜系统中的世界坐标系统、相机坐标系统和像平面坐标系统之间的转换做了详细介绍,并对虚拟相机的原点、光轴和焦距的设置做了详细分析。其次,针对提取出的路径曲率和点与点之间的间隔比较大,漫游抖动明显的缺陷,使用贝齐尔曲线算法对路径进行平滑。最后,使用自动漫游的方式实现了对结肠的虚拟漫游检查。

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1 绪论

1.1 虚拟内窥镜研究的背景及意义

1.2 虚拟内窥镜国内外研究现状

1.3 虚拟内窥镜系统简介

1.4 课题主要研究内容及章节安排

2 医学图像分割处理技术介绍

2.1 医学图像分割技术综述

2.2 医学图像分割的技术介绍

2.3 区域生长法

2.4 图像分割结果分析

2.5 本章小结

3 三维重建相关技术介绍

3.1 可视化工具包VTK简介

3.2 三维重建综述

3.3 面绘制

3.4 体绘制

3.5 本章小结

4 虚拟内窥镜的中心路径自动提取

4.1 中心路径的特性

4.2 中心路径规划的主要技术

4.3 基于边界距离场的中心线自动提取算法

4.4 算法改进

4.5 提取中心线

4.6 本章小结

5 虚拟内窥镜自动漫游实现

5.1 虚拟相机

5.2 路径平滑

5.3 虚拟漫游实现

5.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢