基于VTK的数字肠道可视化研究

论文摘要

随着CT、MRI、PET等医学成像技术的迅速发展,如何通过影像数据有效获取人体病灶结构和相关信息至关重要。最近提出的虚拟人,其第一阶段研究为可视人,即将二维图像重建成三维图像,这对图像处理技术提出了新的要求。科学计算可视化正是应用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像,以便于进行观察和研究的技术。本论文阐述了体绘制和面绘制两种主要的图像重建的原理和方法,并比较了两种重建方法的优缺点和实用环境。将知识表示与可视化相结合应用在数字化肠道系统中,此系统通过虚拟人断面彩色图像分割出肠道,在VC++环境下借助VTK（Visualization ToolKit）可视化工具包进行表面重建,对不同肠道进行本体定义并赋予相应属性特征。本系统的主要特点功能包括:（1）虚拟人体肠道的面绘制,其中实体颜色、透明度,背景颜色,网格删减系数,表面平滑次数,光线效果等参数可以设定,以达到不同的面绘制效果。（2）可以通过旋转、平移、缩放,正交视图、任意切面显示、虚拟内窥镜等交互式操作,达到方便、直观的观察效果。（3）实现了知识表示在数字化肠道系统中的应用。（4）从三维空间坐标到肠道相对位置的映射,且可以在三维图像中利用鼠标定位查询空间坐标和肠道相对位置。此系统可以独立运行,具有较强的移植性和扩展性。可以应用于电子药丸的肠道空间定位、提供了肠道相对位置的查询功能;在教学和科学研究方面提供了一个辅助的演示系统;也是知识表示在虚拟人体研究中的技术探讨。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 医学数据可视化研究意义
• 1.2 课题研究内容和意义
• 1.3 论文结构
• 2 虚拟人概况及在数字肠道中的研究
• 2.1 虚拟人数据集获取
• 2.2 虚拟人研究及在肠道研究中的应用
• 2.3 虚拟人研究的关键技术
• 3 肠道图像的预处理和分割
• 3.1 断面图像的来源
• 3.2 原始切片图像处理
• 3.3 肠道图像手动分割
• 3.4 Matlab 实现图像模式转换和重采样
• 4 VTK 工具及面绘制的实现原理
• 4.1 可视化工具VTK
• 4.2 VTK 的特点
• 4.3 VTK 的数据类型
• 4.3.1 数据对象
• 4.3.2 处理对象
• 4.4 VTK 的可视化流程
• 4.5 三维重建类型及特点
• 4.6 Marching Cube （MC）算法面绘制原理及实现
• 5 肠道可视化及交互式操作设计
• 5.1 系统整体设计
• 5.2 各功能模块的设计及结果
• 5.2.1 表面重建设计
• 5.2.2 正交三视图显示
• 5.2.3 任意角度平面切割
• 5.2.4 虚拟内窥镜
• 6 知识表示及在肠道定位中的实现
• 6.1 知识表示
• 6.1.1 知识表示的方法
• 6.1.2 知识表示的特性
• 6.1.3 知识表示的应用
• 6.2 知识表示在肠道定位中的定义
• 6.3 肠道定位的VTK 实现
• 6.4 鼠标取点查询肠道空间和相对位置
• 7 总结和展望
• 7.1 课题总结
• 7.2 存在的问题和展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录