基于CT序列医学图像三维可视化技术探讨

医学图像的三维可视化是目前的一个研究热门问题，是一个多学科交叉的研究领域，是计算机图形学和图像处理在生物医学工程中的重要应用。它通过对医学序列图像进行可视化，得到人体组织、器官以及病变体的三维图像，在诊断医学、手术规划及模拟仿真、放射治疗规划、解剖教学等方面都有重要应用。肝脏作为人体最大的实质性脏器，其可视化与仿真系统的实现具有十分重大的科学价值和实用意义。本论文主要对肝脏三维可视化中设计的关键技术进行了深入的研究，主要包括图像预处理、图像分割、可视化算法等。在图像预处理中，首先具体分析了基于DICOM标准的CT图像解码。针对CT图像的高灰度级(4096)，提出并实现了基于统计分析的显示算法，并对数据格式进行转换，便于进行后续处理。对于预处理之后的图像分割问题，针对医学图像难以进行自动分割，而对医学图像序列进行手工分割时存在工作量巨大、效率低的问题，本文分别采用了区域生长法、活动轮廓方法和聚类法等分割方法。试验表明，这些方法可以大大地减轻分割的工作量，且能实现较为正确的分割。可视化算法可分为表面重建算法和体绘制算法，体绘制算法是本文的研究重点。体绘制技术有多种方法，对它们的性能进行了分析和比较。针对体绘制方法通常存在速度慢，交互操纵不灵活的缺点，综合分析了多种体绘制加速方法，提出了基于VTK的开发模式。采用数据源为512×512×390(图片大小512×512，共390片)的数据集，在微机的环境下，实现了腹部CT断层图像的体绘制重建。重建后的结果图像比较逼真地表现了重建组织，得到了较为满足的结果。最后，本文对整个论文的工作和研究成果进行了总结，并提出了进一步的研究设想和目标。【关键词】：三维可视化DICOM图像分割体绘制VTK
【论文提纲】：摘要3-4ABSTRACT4-6目录6-9第一章绪论9-151.1医学可视化9-101.2医学可视化的国内外研究现状10-111.3基于CT序列的医学图像三维可视化技术概述11-121.3.1医学CT图像三维可视化的基本流程111.3.2医学CT图像三维可视化设计的基本技术概述11-121.4本课题的理论和实际应用意义12-131.5本文的主要工作与论文结构13-15第二章医学数据预处理15-272.1DICOM3.0标准概述15-192.1.1DICOM标准的发展背景与现状15-162.1.2DICOM3.0标准16-172.1.3DICOM文件解析17-192.2CT简介19-202.3CT数据分析与灰度窗调节显示20-252.3.1灰度窗调节显示算法20-222.3.2基于直方图统计分析的显示算法22-252.4图像格式的转换25-262.5本章小结26-27第三章医学图像分割27-353.1概述273.2区域生长算法27-293.3主动轮廓方法29-303.4聚类分析法30-343.4.1K均值聚类算法简介30-313.4.2面向CT图像的引入遗传算法的K均值聚类31-343.5本章小结34-35第四章医学图像三维可视化技术35-474.1概述35-384.1.1体数据的描述35-374.1.2三维可视化方法综述37-384.2常用的面绘制技术38-414.2.1轮廓连接法38-394.2.2MarchingCubes方法39-414.2.3DividingCubes方法414.3常用的直接体绘制技术41-464.3.1光线投射法(RayCasting)42-434.3.2错切-形变法(Shear-Warp)43-444.3.3抛雪球法(Splatting)44-464.4本章小结46-47第五章直接体绘制技术研究47-585.1加速体绘制技术47-495.1.1光线相关性47-485.1.2提前中止合成485.1.3自适应调整采样频率485.1.4空间跳跃法48-495.2硬件加速技术49-505.3可视化工具包VTK简介50-555.3.1VTK简介50-525.3.2光线投射法在VTK中的实现52-555.4试验结果55-565.5本章小结56-58参考文献58-63攻读硕士学位期间发表的论文63-64致谢64-65