基于人体结构断层图像的医学三维建模

论文摘要

随着医学图像临床应用研究的深入,基于人体结构断层图像的三维建模技术成为研究热点。目前医学图像三维建模主要有体绘制和面绘制两类方法,由于面绘制可以采用现有的图形硬件实现绘制功能,速度较快,适合于实时交互,因此得到了广泛的应用。Marching Cubes算法是基于体素的一种典型面绘制方法,它使用三角面片作为中间几何图元的基本表达元素,算法本身简单有效,支持显卡硬件加速,对面绘制的研究产生了深远的影响。本课题基于Marching Cubes算法,并针对现有医学图像的特点,提出了一种医学三维建模的新方法。传统Marching Cubes算法通过遍历整个图像空间来得到等值面,而在医学图像中真正与等值面相交的体元只占很少一部分,本课题提出的建模方法结合种子填充思想进行等值面扩展,避免对空单元的检测,大大提高了算法速度。另外,现有医学图像数据场密度较高,具有较好的绘制效果,但往往生成过多的三角面片,三角面片越来越细小,个体差别也更加细微,因此计算等值面和立方体交点具体位置意义不大,新方法在对单个体元进行处理时,将中点位置取代插值位置作为等值面与体元的交点,可以大大减少计算量,对产生的等值面效果影响不大。在生成等值面时,新方法不需要预定义基本构型,直接连接等值点生成多边形网而非三角网,减少了面片数量,并很好的解决了Marching Cubes算法中存在的二义性问题。本文在给出医学三维建模具体设计和实现的基础上,重点描述了方法的改进。实验表明,新方法较传统方法在拓扑结构、存储空间和处理速度方面均有较大改善,产生的三维模型由更少的点和面组成,可以允许用更少的硬件代价来进行实时旋转,缩放等操作,增强了人机交互性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出、背景及意义
• 1.2 医学可视化国内外研究现状
• 1.2.1 国外医学可视化技术研究现状
• 1.2.2 国内医学可视化技术研究现状
• 1.3 技术路线及关键技术
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 医学可视化
• 2.1 医学成像技术
• 2.2 医学图像可视化基本流程
• 2.3 本章小结
• 第三章 医学图像建模方法
• 3.1 面绘制（Surface-based Rendering）
• 3.1.1 基于轮廓线的方法
• 3.1.2 Cuberille方法
• 3.1.3 Marching Cubes方法
• 3.2 体绘制（Volume-based Rendering）
• 3.2.1 Ray Casting方法
• 3.2.2 Splatting方法
• 3.2.3 Shear Warp方法
• 3.3 Marching Cubes算法
• 3.3.1 相关定义
• 3.3.2 基本算法
• 3.3.3 优点和缺点
• 3.4 本章小结
• 第四章 图像处理分析
• 4.1 DICOM格式转换
• 4.1.1 文件结构解析
• 4.1.2 数据抽取与格式转换
• 4.2 滤波
• 4.2.1 方法分类
• 4.2.2 滤波算法
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于人体结构断层图像的三维建模
• 5.1 建模方法
• 5.1.1 插值取代
• 5.1.2 多边形面片
• 5.1.3 面片追踪
• 5.2 算法描述
• 5.3 本章小结
• 第六章 原型实验系统的设计与实现
• 6.1 系统分析
• 6.1.1 功能模块
• 6.1.2 数据结构
• 6.2 实验分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢