医学影像容积重建及可视化技术探讨

医学影像容积重建是目前医学图像处理领域的研究热门，是计算机图形学和图像处理技术在生物医学工程中的重要应用。它涉及到计算机图形学、数字图像处理、生物医学工程等多种技术，是一项多学科交叉的研究课题。近年来，医学影像容积重建技术在诊断医学、手术规划及模拟仿真、整形及假肢外科、放射治疗规划、解剖教学等方面起着越来越重要的作用。本文主要针对医学影像容积重建中的若干关键技术进行了系统深入的研究。首先，研究了医学断层图像数据的滤波及层间插值技术，提出了一种基于轮廓形变和对应点匹配相结合的混合插值算法，在实现图像层间插值的同时保持了目标的轮廓形状与灰度信息；其次，对医学影像容积重建效果的逼真度进行了研究，提出了一种基于连续梯度转换函数的交互式透明体绘制方法，使重建效果更加生动、真实。在进行直接体绘制方法的研究中，提出了基于三维空间相关性的快速光线投射体绘制算法和基于分类的快速三线性插值算法，两者的结合保证了体绘制交互显示的实时性；然后，综合分析了基于纹理映射的硬件加速体绘制算法；最后，把所提出的容积重建技术应用于虚拟手术刀的研究与实现中，提出了一种基于组织的容积剖切技术，该方法在原有各种容积剖切技术的基础上增加了组织特性，实现了面向感兴趣目标组织的自由剖切。此外，还实现了一种虚拟手术刀剖切面的平面重建和曲面重建技术。用临床实际数据所做的测试实验表明了本文所提出的医学影像容积重建算法及其应用的有效性。【关键词】：容积重建混合插值转换函数纹理映射虚拟手术刀
【论文提纲】：第一章绪论8-161.1研究背景及意义8-91.2医学影像容积重建技术综述9-121.2.1空间域方法的典型算法9-101.2.2变换域方法的典型算法10-111.2.3算法性能评价11-121.3医学影像容积重建在医学中的应用12-131.4本文的主要工作13-16第二章医学影像的预处理及组织分割16-302.1引言162.2医学影像体数据的滤波16-202.2.1邻域均匀法滤波17-182.2.2中值滤波182.2.3保持边沿滤波法18-192.2.4实验结果与分析19-202.3二维断层图像的层间插值20-292.3.1轮廓形变插值算法21-242.3.2基于对应点匹配的灰度插值算法24-272.3.3基于轮廓形变和对应点匹配的混合插值算法27-282.3.4实验结果与分析28-292.4小结29-30第三章基于软加速的光线投射透明体绘制算法及效果研究30-483.1引言30-313.2光线投射体绘制算法基本原理31-333.3透明体绘制及渲染效果逼真度研究33-403.3.1颜色与阻光度转换函数33-353.3.2基于连续梯度转换函数的交互式透明彩色体绘制35-373.3.3实验结果与分析37-403.4基于光线投射体绘制算法的加速技术研究40-473.4.1基于三维空间相关性的快速光线投射体绘制算法40-433.4.2基于分类的快速三线性插值算法43-453.4.3实验结果与分析45-473.5小结47-48第四章基于纹理映射的体绘制算法研究48-644.1引言484.2基于纹理映射体绘制算法概述48-494.3基于二维纹理映射的体绘制49-544.3.1基于二维纹理映射的体绘制算法49-524.3.2实验结果与分析52-544.4基于三维纹理映射的体绘制54-594.4.1基于三维纹理映射的体绘制算法54-584.4.2实验结果与分析58-594.5基于二维多重纹理的体绘制59-624.5.1基于二维多重纹理的体绘制算法59-614.5.2实验结果与分析61-624.6小结62-64第五章基于容积重建的虚拟手术刀技术研究64-765.1引言645.2虚拟手术刀的简单剖切64-685.2.1平面剖切64-655.2.2曲面剖切65-665.2.3实验结果与分析66-685.3虚拟手术刀的复合剖切68-725.3.1开窗操纵68-695.3.2基于组织的剖切技术695.3.3剖切体重组69-705.3.4实验结果与分析70-725.4虚拟手术刀剖切面的重建72-755.4.1剖切平面的重建72-735.4.2剖切曲面的重建73-745.4.3实验结果与分析74-755.5小结75-76第六章结束语76-78致谢78-79参考文献79-85攻读硕士期间发表的论文85