基于WEB端的医学图像可视化技术研究

摘要

传统的医学影像可视化系统都是基于特定平台或可视化插件，难以实现跨平台及远程访问。在使用过程中也增加了后期系统维护的成本与难度，在很大程度上制约了医学图像可视化系统的发展。随着WebGL功能越来越强大，它可以直接调用显卡计算资源轻松创建高性能计算机图形，这使得在浏览器上实现医学图像可视化成为了可能。
　　由此本文提出并实现了基于HTML5和WebGL的面向Web端的DICOM医学图像可视化系统。系统整体架构基于B/S模式进行设计，提供了DICOM格式医学影像可视化服务。系统利用WebGL对硬件加速的支持，在Web端实时绘制二维医学图像和运用改进光线投射算法大幅提高三维重建速度和质量。
　　本文通过改进基于WebGL的传统光线投射算法，解决了三维重建速度慢的问题。从选取采样点、插值运算、提前光线截止来改进算法。本文通过使用加速度步长采样算法确定采样点位置，并使用改进插值算法计算重采样点值，可有效提高采样计算、图像合成的运算速度，在保证显示质量的同时加速三维重建速度。最后采用光线提前截止法进一步提高三维重建速度。通过WebGL在片段着色器中实现上述改进算法，对比传统光线投射算法起到一定加速作用，绘制速度明显提高。
　　本文实验结果表明，在不同的浏览器、多组临床DICOM影像上测试此系统，系统均能够很友好支持跨浏览器可视化，显示效果佳、速度快。系统支持DICOM医学影像体数据二维实时可视化以及二维图像的反色显示、伪彩色、缩放、平移等交互操作。对于基于改进光线投射算法的三维重建也有良好的可视化效果，各项交互功能都可以流畅运行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的主要内容

1．4 论文结构安排

第二章 相关技术及理论基础简介

2．1 Web可视化技术介绍

2．1．1 WebGL技术

2．1．2 Three．js技术

2．2 可视化技术介绍

2．2．1 体绘制的基本概念和原理

2．2．2 典型体绘制算法

2．2．3 光线投射算法原理

2．2．4 体绘制中光学模型

2．2．5 三线性插值算法

2．2．6 体绘制中传输函数

2．2．7 三维矩阵变换

2．3 本章小结

第三章 基于B／S架构的医学图像可视化系统方案

3．1 功能设计

3．2 技术规划

3．3 系统总体架构

3．4 图像预处理

3．5 客户端一服务器端数据传输

3．6 Web端系统可视化渲染

3．7 基于web端二维可视化模块详细设计

3．7．1 二维医学图像调窗处理

3．7．2 二维图像测量工具

3．7．3 二维图像缩放、平移、旋转交互操作

3．7．4 滤镜操作

3．8 MPR(多层面重建)交互操作

3．9 本章小结

第四章 基于WebGL的光线投射改进算法研究

4．1 基于WebGL光线投射算法分析

4．2 改进基于WebGL的光线投射算法

4．2．2 改进插值算法实现

4．2．3 光线投射提前截止法

4．3 传递函数设计

4．4 图像合成

4．5 三维绘制实验结果分析

4．5．1 三维重绘效果对比

4．5．2 重建速度对比

4．6 本章小结

第五章 系统实现与结果分析

5．2 实验环境配置

5．3 影像数据请求

5．4 浏览器端二维图像显示与交互

5．6 浏览器端基于改进光线投射算法三维重建图像显示与交互

5．7 浏览器端三维图像绘制结果分析

5．8 系统跨平台运行

5．9 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

研究生期间发表论文及参加科研情况说明

致谢