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医学图像三维可视化技术研究

作　者: 胡永祥
导　师: 鲍苏苏
学　校: 华南师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 三维可视化图像分割直接体绘制映射函数裁剪虚拟手术
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 285次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

医学图像三维可视化技术是目前的一个研究热点问题,是数字化虚拟人的重要的技术基础。对医学图像序列进行可视化,得到人体组织、器官以及病变体的三维图像,可以帮助医生进行临床诊断、手术规划和手术模拟。因此,对医学图像三维可视化技术进行研究有重要的学术意义和实用价值。本论文主要研究了三维可视化过程中涉及的关键技术,主要包括图像预处理、体绘制算法和交互式三维裁剪及虚拟手术等。在图像预处理中,主要研究了图像分割。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,提出了交互式分割方法。该方法首先用手工或手工与自动分割相结合的方法对精心挑选的图片进行精确地分割。由于人体断层图像之间的间距很小,所以相邻的图像非常相似。根据这一特点,对相邻的图像进行分割时,可以将已精确分割的图像的轮廓作为它的初始轮廓,运用活动轮廓或水平集等分割算法,对其进行分割。重复这个过程就实现了整个医学图像序列的分割。实验表明,该方法大大地减轻了分割的工作量,且能实现较为准确的分割。对于体绘制算法,主要研究了直接体绘制技术。介绍了直接体绘制技术的原理,包括光学模型和体绘制方程。直接体绘制技术有多种方法,对它们的性能进行了分析和比较。还对直接体绘制技术的加速方法进行了简单的介绍。在直接体绘制中,映射函数对绘制图像起着至关重要的作用。然而,设计一个合适的映射函数是很困难的。对映射函数的设计进行了分析,介绍了映射函数设计的各种方法,并根据文献将它们分为以数据为中心的方法和以图像为中心的两大类设计方法。另外,对基于灰度、梯度直方图的设计方法进行了实验和分析。针对基于灰度直方图设计方法中边界定位不精确,效率低的缺点,提出了一种改进的设计方法。这个改进的方法借用图像处理中边缘检测的概念,运用基于邻域的动态阈值来检测体数据中物体的边界点,然后建立所有检测到的边界点直方图。该直方图中的局部极值就对应物体边界的灰度值。利用这些值就能设计出合适的映射函数。实验表明,该改进的方法能精确的找到物体的边界,利用这些值设计的映射函数正确地揭示了体数据的内部结构。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-19
  §1.1 可视化技术概述  11-15
    1.1.1 科学计算可视化  11-12
    1.1.2 医学可视化  12-13
    1.1.3 数字化虚拟人  13-15
  §1.2 可视化流程  15-17
  §1.3 本论文课题的理论和实际应用意义  17
  §1.4 本文的主要工作与论文结构  17-19
第二章人体断层图像分割  19-26
  §2.1 概述  19-20
  §2.2 交互式分割方法  20-23
    2.2.1 水平集方法  20-22
    2.2.2 主动轮廓方法  22-23
  §2.3 人体断层图像序列分割  23-24
  §2.4 实验  24-25
  §2.5 本章小结  25-26
第三章直接体绘制技术  26-41
  §3.1 概述  26-27
  §3.2 体绘制光照模型  27-30
    3.2.1 简单的光照模型  27-28
    3.2.2 Phong光照模型  28-30
  §3.3 直接体绘制方程  30-32
  §3.4 常用的直接体绘制技术  32-37
    3.4.1 光线投射法  32-33
    3.4.2 错切-形变法(Shear-Warp)  33-34
    3.4.3 抛雪球法(Splatting)  34-35
    3.4.4 三维纹理映射(3D Texture Mapping)  35
    3.4.5 体绘制算法的比较  35-37
  §3.5 加速体绘制技术  37-40
    3.5.1 提前中止合成  37
    3.5.2 单元投射法  37-38
    3.5.3 子区域投射法  38
    3.5.4 空间跳跃法  38-39
    3.5.5 自适应绘制法  39
    3.5.6 硬件加速技术  39-40
  §3.6 本章小结  40-41
第四章直接体绘制中映射函数的设计  41-59
  §4.1 引言  41-43
  §4.2 以数据为中心的映射函数设计  43-50
    4.2.1 轮廓频谱(Contour Spectrum)方法  43-44
    4.2.2 半自动产生映射函数方法  44-47
    4.2.3 基于中心矩的等值面抽取  47-48
    4.2.4 基于散度定理的映射函数设计  48-49
    4.2.5 其它方法  49-50
  §4.3 以图像为中心的映射函数设计  50-51
  §4.4 基于直方图的映射函数设计  51-55
    4.4.1 基于灰度直方图的映射函数设计  51-53
    4.4.2 基于梯度直方图的映射函数设计  53-55
  §4.5 改进的基于灰度直方图的映射函数设计  55-58
    4.5.1 改进的方法  55-56
    4.5.2 阈值的选择  56
    4.5.3 实验  56-57
    4.5.4 结论  57-58
  §4.6 本章小结  58-59
第五章交互式三维裁剪与虚拟手术  59-70
  §5.1 交互式三维裁剪技术  59-65
    5.1.1 引言  59-60
    5.1.2 交互式裁剪方法  60-61
    5.1.3 二维平面裁剪  61
    5.1.4 剖切面的生成  61-62
    5.1.5 三维几何体的裁剪  62-63
    5.1.6 绘制算法  63
    5.1.7 小结  63-65
  §5.2 虚拟手术系统  65-69
    5.2.1 引言  65-66
    5.2.2 系统应用  66-67
    5.2.3 系统结构  67
    5.2.4 系统关键技术  67-69
    5.2.5 小结  69
  §5.3 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-71
参考文献  71-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78
致谢  78-80

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