医学图像三维重建算法探讨及实现

本文主要研究了医学图像的三维重建技术。医学图像三维重建,是计算机图形学和数字图像处理技术在生物医学工程中的重要应用,它是一项多学科交叉的研究课题,是目前的一个研究热门。医学三维重建技术在医学诊断、手术规划、模拟仿真、整形及假肢外科、解剖教学等方面都有重要的应用。因此,对医学图像三维重建技术的研究,具有重要的学术意义和实际应用价值。首先,先容了医学图像的获取方法,具体分析了基于DICOM标准的CT图像解码；医学图像的预处理,如滤波、插值等；组织或器官的分割与提取；提出的分割方法的步骤是先分析各断层图像的灰度直方图和三维图像的整体灰度直方图,交互给定分割阈值的上限和下限,对三维图像二值化,然后根据待重建组织的形态特征选取合适的形态学操纵进行区域修整；最后用种子填充算法来填充出要分割的区域。其次,讨论三维重建的面绘制和体绘制算法,通过分析这两种绘制算法的特点,对它们的性能进行了评价,同时先容了混合绘制的方法,并对这三种方法的特点做出了对比。然后,论述了MC(MarchingCubes)算法的基本原理及实现方法,分析了MC算法中连接方式产生二义性的原因和消除方法。针对MC算法存在连接方式二义性,讨论了MT算法的原理及实现方法,分析MT算法的剖分一致性。对分割出的组织区域给定等值面的值,实现了MT算法构造其三维表面模型,并且提出MT算法的相关性处理,避免了大量的重复性插值计算,加速了重建速度。最后,基于对VTK(VisualizationToolkit)类库的研究和分析,在VC6.0环境下,用面绘制算法实现了医学CT图像的三维可视化,该系统可以对重建后的三维图像进行平移、旋转、按比例放大缩小等交互操纵。【关键词】：三维重建面绘制MarchingCubes算法MarchingTetrahedra算法VTK
【论文提纲】：摘要3-4Abstract4-5目录5-7第一章绪论7-101.1课题研究的背景及意义7-81.2医学图像三维重建的研究进展及现状8-91.2.1研究进展情况81.2.2目前使用的图像三维重建方法8-91.3本文的主要研究工作9-10第二章医学图像预处理与图像分割10-282.1医学图像的获取10-142.1.1DICOM3.0标准112.1.2DICOM图像文件解析11-132.1.3医学体数据的表示与封装13-142.2医学图像预处理14-182.2.1二维图像滤波14-162.2.2图像的配准与融合16-172.2.3图像的层间插值17-182.3医学图像的分割18-262.3.1全局阈值法18-212.3.2自动多阈值分割21-232.3.3数学形态学解决分割问题23-262.3.4种子填充法进行组织提取262.4本章小结26-28第三章医学图像三维重建算法的研究28-393.1概述28-313.1.1体数据的描述28-293.1.2三维可视化方法综述29-313.2三维重建的方法分类31-383.2.1常用的面绘制技术31-343.2.2常用的直接体绘制技术34-363.2.3混合绘制方法363.2.4各类方法的特点和比较36-383.3本章小结38-39第四章基于面绘制的医学图像三维重建算法39-594.1体素模型与等值面定义40-424.1.1体素模型40-414.1.2等值面(Iso-Surface)定义41-424.2面绘制中的MarchingCubes算法分析42-514.2.1MarchingCube算法原理42-474.2.2MarchingCube算法天生|教育论文网|等值面的近似表示及连接的二义性47-514.3移动四面体(MarchingTetrahedra)算法抽取等值面51-564.3.1MT算法的基本原理51-524.3.2四面体剖分的一致性处理52-534.3.3相关性处理加速MT重建速度53-564.4MT算法的重建结果及分析56-584.5本章小结58-59第五章三维重建系统的设计及实现59-735.1系统框架及功能设计59-635.1.1系统模块结构与主界面59-605.1.2功能模块划分60-625.1.3数据流图62-635.2模块运行效果63-645.3开发环境64-725.3.1VTK的应用研究64-715.3.2VTK的绘制过程71-725.4本章小结72-73第六章总结与展望73-756.1本文工作总结73-746.2未来发展展望74-75致谢75-76参考文献76-79附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)79