基于容积重建的虚拟手术刀技术研究

摘要

体切割技术在理解三维体数据内部细节时起着决定性的作用，因为它是一种常用的通过基于体素的空间位置对感兴趣区域进行操作来显示被隐藏的重要细节信息的方法，甚至有时候是唯一的方法。随着三维可视化技术的发展，体切割逐渐达到实时的交互效果，在手术模拟和手术规划等临床应用领域具有重要的意义。 本文对基于容积重建的体切割技术进行了深入的研究。首先，在光线投射体绘制的基础上，实现了平面、多平面切割，并提出将光线采样点和切割体的位置关系从三维空间转换到二维投影面来判断的方法，简化了任意曲面切割问题复杂性，该方法实现了任意曲面的体切割操作。其次，在三维纹理映射体绘制的基础上，针对不同形状的切割体，提出了基于阴影图的体切割方法以实现凸体的实时切割操作及基于体数据标记的体切割方法以实现任意形状切割体的切割操作，并在此基础上对不同形状切割体的混合切割操作进行了研究。最后，在切割速度与图像质量等方面，对基于光线投射和三维纹理映射体绘制方法的体切割技术进行了比较，为进一步研究体切割技术打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景与意义

1.2体切割技术的国内外研究现状与进展

1.2.1直接体绘制的典型算法

1.2.2典型的体切割算法

1.3本文的主要研究成果与内容安排

第二章直接体绘制技术

2.1引言

2.2 OpcnGL图形渲染管线及可编程图形管线

2.2.1图形渲染管线

2.2.2三维图形编程接口

2.2.3可编程图形管线

2.3基于CPU的光线投射体绘制算法

2.3.1算法的基本原理

2.3.2光线投射体绘制结果

2.4基于GPU的三维纹理体绘制算法

2.4.1算法的基本原理

2.4.2三维纹理体绘制结果

2.5小结

第三章基于光线投射算法的体切割技术

3.1引言

3.2平面切割技术

3.2.1平面切割

3.2.2光线投射算法图像旋转操作

3.2.3多刀切割的实现

3.3多平面切割技术

3.4曲面切割技术

3.5小结

第四章基于三维纹理算法的体切割技术

4.1引言

4.2基于深度缓存的体切割技术

4.2.1双路渲染凸体切割

4.2.2基于阴影图的单路渲染凸体切割

4.2.3凹体和多物体切割

4.2.4基于深度缓存的体切割试验结果

4.3基于体数据标记的切割算法

4.3.1体数据标记

4.3.2任意形状体切割算法流程

4.3.3手术刀操作及混合切割

4.4基于光线投射和三维纹理的体切割技术的比较

4.5小结

第五章结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文和科研成果