医学图像三维重建技术的研究与应用

论文摘要

医学图像三维重建,是从二维图像中获取三维的结构信息,为用户提供具有真实感的三维图形。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,是目前的一个研究热点。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。医学图像三维重建的主要研究内容包括医学图像的预处理,如滤波、插值;组织器官的分割与提取;体绘制技术等。本文主要研究体绘制技术,并分析跨平台的医学图像三维重建系统的设计思路。文中分析了医学图像三维重建技术的发展状况及市场前景,介绍了医学体数据可视化和体绘制技术的相关概念、医学图像的获取方法和获取标准、几种医学图像预处理技术。器官组织的分割是医学图像处理中的关键问题之一,图像序列的分割操作是医学图像三维重建的必要准备,而软组织图像分割则是医学图像分割中的一大难点。本文介绍了几种常用的医学图像分割算法,并利用文中介绍的区域增长算法和数学形态学方法两种分割算法,成功地分割出了肝脏组织。体绘制技术为二维医学断层图像提供了三维的空间描述,使医生可以更直观地观察医学数据的三维内部结构信息。本文着重介绍了基于Marching cubes面绘制算法、光线投射体绘制算法、纹理映射的体绘制算法的原理和适用范围。研究了国外正在普遍使用着的VTK(Visualization Toolkit)工具包以及该工具包中提供的医学体绘制方法。使用java语言与VTK,描述了三维重建流程,给出了上述三种算法的实现,并用临床实际数据比较分析了它们的绘制效率和交互性能。运用文中介绍的图像预处理和三维重建算法设计并实现了一套跨平台的医学图像处理与三维重建系统。该系统是一套集数据采集、数据管理、阅片、测量与标准化、图像分割、三维重建等功能于一体的医疗应用软件,可广泛应用于大小医院的各个科室。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 背景和研究意义
• 1.1.3 市场前景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 面绘制方法
• 1.2.2 体绘制方法
• 1.2.3 现有的医学三维可视化系统
• 1.3 论文的主要工作及章节安排
• 第二章 医学图像的获取以及预处理
• 2.1 医学图像的获取
• 2.1.1 DICOM3.0标准
• 2.1.2 DICOM图像文件格式解析
• 2.1.3 DICOM文件头
• 2.1.4 DICOM格式图像的显示
• 2.2 医学图像的预处理
• 2.2.1 是否滤波
• 2.2.2 图像的校正
• 2.2.3 图像的配准与融合
• 2.2.4 图像插值
• 2.3 医学图像的分割
• 2.3.1 阈值分割算法
• 2.3.2 种子区域增长法
• 2.3.3 三维边缘检测
• 2.3.4 数学形态学方法
• 2.3.5 实验结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 几种医学图像三维重建技术的比较
• 3.1 VTK开发包
• 3.1.1 VTK简介
• 3.1.2 VTK进行三维重建的实现
• 3.2 面绘制技术介绍
• 3.2.1 面绘制理论基础
• 3.2.2 移动正方形算法
• 3.2.3 移动立方体算法
• 3.3 光线投射算法介绍
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 颜色赋值
• 3.3.3 图像合成
• 3.3.4 明暗计算
• 3.4 纹理映射算法介绍
• 3.4.1 纹理相关知识介绍
• 3.4.2 基于纹理映射的体绘制技术
• 3.4.3 基于二维纹理映射的体绘制算法
• 3.4.4 基于三维纹理映射的体绘制算法
• 3.5 三种算法的实现及比较
• 3.5.1 面绘制算法
• 3.5.2 光线投射算法
• 3.5.3 纹理映射算法
• 3.5.4 几种算法的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 医学图像处理系统的实现
• 4.1 系统的实现
• 4.1.1 系统的模块组成
• 4.1.2 系统的设计
• 4.1.3 系统的操作流程
• 4.2 主要特点及功能介绍
• 4.2.1 系统组成
• 4.2.2 系统特色
• 4.2.3 二维预处理
• 4.2.4 三维重建
• 4.2.5 三维切割
• 4.2.6 其他实验效果
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果