医学图像分割与三维重建

医学图像三维重建是通过计算机图形学、数字图像处理技术、计算机可视化以及人机交互等技术,把二维的医学图像序列转换为三维图像在屏幕上显示出来,并根据需要为用户提供交互处理手段的理论、方法和技术。图像分割是进行图像三维重建的必要准备,图像分割效果的优劣直接影响三维重建在医学领域的应用。医学图像分割和三维重建将数字图像处理技术和计算机图形学应用在了在生物医学工程中,该应用涉及到计算机图形学、图像处理技术、生物医学工程等多种技术,该领域的研究多学科交叉的,在医学诊断、手术规划及医学教学等方面有很高的应用价值,是近年来的计算机应用技术的一个研究热门。医学图像分割与三维重建是两个不可分割的相关领域。本文研究了基于区域的图像分割和基于边沿的两种图像分割方法在医学图像处理中的应用,并在实验中利用ITK提供的区域生长法成功分割出肝脏、脊柱和肺脏等人体组织器官;三维重建算法分为两类:面绘制和直接体绘制。面绘制从三维体数据中抽取目标对象等值面,通过传统的图形学方法进行渲染;体绘制技术则将整个体数据进行可视化显示,使医生可以通过设置适当的参数调节后观察医学数据的三维内部结构信息。本文研究了光线投射体绘制算法、错切变形法和基于纹理映射的体绘制算法,以及MarchingCubes面绘制算法的实现机制和适用范围,并利用VTK提供的三维重建算法对不同人体部位的组织和器官实现了重建实验。本文主要研究了医学图像分割与三维重建技术的应用。在对医学图像分割和三维重建基础理论以及三维重建相关的三维切割技术进行研究和实验的基础上,结合医学图像分割开发工具包ITK(InsightToolKit)和可视化开发包VTK(VislualToolKit),以及ActiveX开发技术,设计了一个医学图像三维重建VolumeRenderX控件并通过MFC编程实现。这是一个面向对象、可扩展的跨IDE(IntergretedDevelopmentEnviroment)开发平台的开发控件,并针对实际应用需求整合了重建参数调节和重建体剖切等多种实用功能,相对于传统的医学图像处理与三维重建系统具有更大的应用价值。本文还提出了一个基于WEB模式的医学图像三维重建的解决方案。【关键词】：医学图像图像分割三维重建体绘制
【论文提纲】：摘要4-5ABSTRACT5-10第一章引言10-191.1课题背景及研究意义10-111.2国内外现状研究11-171.2.1医学图像预处理11-121.2.2医学图像分割12-131.2.3医学图像三维可视化技术13-171.3论文研究内容及创新点17-181.4论文的章节安排18-19第二章医学图像分割与预处理19-362.1医学图像DICOM标准19-202.2DICOM格式医学图像解析20-222.2.1DICOM文件头20-212.2.2DICOM数据元素21-222.2.3DICOM格式图像的显示222.3医学图像预处理22-232.4医学图像分割23-302.4.1基于区域的分割方法24-272.4.2基于边沿的分割方法27-292.4.3结合区域和边沿信息的方法29-302.5ITK开发包先容30-322.6医学图像分割实验结果32-352.6.1区域生长法二维分割32-342.6.2区域生长三维分割34-352.7本章小结35-36第三章医学图像三维重建研究36-673.1体数据的表示与封装36-373.2面绘制技术37-453.2.1体素模型38-403.2.2等值面403.2.3移动立方体（MarchingCubes）算法40-453.3体绘制技术45-563.3.1光线投射法（RayCasting）45-503.3.2错切-变形法（Shear-Warp）50-533.3.3基于硬件的3D纹理映射53-563.4各种体可视化方法对照56-573.5VTK开发包先容57-583.6医学图像三维重建实验结果58-623.6.1面绘制算法58-603.6.2体绘制算法60-623.7三维剖切与模拟开窗62-663.7.1任意方向平面切割功能62-653.7.2立方体开窗实现65-663.8本章小结66-67第四章医学图像三维重建VolumeRenderX控件设计与实现67-864.1VolumeRenderX控件的设计目标67-684.2VolumeRenderX控件的层次结构68-694.3VolumeRenderX控件的技术路线69-724.3.1模块化设计原则69-704.3.2模块化设计的实现方式70-724.4VolumeRenderX控件的模块与功能72-784.4.1ITK与VTK间接口设计72-734.4.2数据管理层73-744.4.3三维显示层74-754.4.4交互界面层75-784.5VolumeRenderX控件接口先容78-804.6控件应用方法及效果展示80-814.7基于web模式的医学图像三维重建81-854.7.1JaApplet技术824.7.2JaApplet签名机制82-834.7.3Web模式实现及效果展示83-854.8本章小结85-86第五章总结与展望86-885.1工作总结86-875.2展望87-88致谢88-89参考文献89-95个人简历及攻硕期间取得的研究成果95-96