医学影像二维处理及三维重建系统的研究与实践

论文摘要

计算机断层摄像技术（Computerized Tomography。CT）是21世纪的重要成果之一,它使传统的医学诊断方式发生了革命性的变化。现代医学影像与计算机技术的发展以及它们之间的相互融合,使得基于CT影像的三维可视化医学辅助系统的设计与开发成为现实。医学CT影像三维重建及可视化在诊断、手术规划及模拟仿真、整形及外科假肢、放射治疗规划、解剖教学等方面都有重要应用。本文介绍了常见的医学影像文件格式,研究如何将系列二维的医学影像读入计算机内存,通过预处理（过滤、增强、锐化等）去除影像中的噪声,将二维影像进行分割,提取感兴趣的区域,最后将二维影像还原三维模型（三维表面模型和三维体模型）的主要方法和步骤。为了达到更好的观察或操作效果,文中还研究了对三维模型进行视觉效果调整、交互式操作（几何变换及测量等）及虚拟切割等一系列的辅助功能。对于三维表面模型,还实现了三维面数据的简化及保存功能。最后,在Windows操作系统环境下,运用Microsoft Visual C++6.0并结合中国科学院自动化研究所的MITK算法平台开发了一套二维影像处理及三维重建系统（3DReConstruction）。该系统实现了上述的各项功能,运行良好,能较好地完成二维处理及三维重建工作。

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摘要

ABSTRACT

第一章概论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及成果

1.2.1 国外研究现状及成果

1.2.2 国内研究现状及成果

1.3 本文研究的主要内容

1.4 本章小结

第二章二维医学影像的预处理及分割

2.1 二维医学影像文件的存取

2.1.1 常见的医学影像文件格式

2.1.2 医学影像文件的存取

2.2 二维医学影像预处理

2.2.1 二维医学影像的灰度变换

2.2.2 二维医学影像的增强

2.2.3 二维医学影像的边缘检测及提取

2.3 二维影像的分割

2.3.1 阈值分割法（Threshold Segmentation）

2.3.2 区域增长法（Region Grow Segmentation）

2.3.3 交互式分割法（Interactinve Segmentation）

2.4 本章小结

第三章三维重建及三维模型视觉调整

3.1 三维表面重建

3.1.1 基于轮廓线拼接的表面重建方法

3.1.2 基于等值面提取的三维表面重建

3.1.3 三维表面重建的实现

3.1.4 三维表面的简化及保存

3.2 三维面重建绘制方式及视觉效果调整

3.2.1 绘制方式及透明度的改变

3.2.2 视觉效果的调整

3.3 三维体重建

3.3.1 Ray Casting绘制算法

3.3.2 Splatting绘制算法

3.3.3 Shear Warp绘制算法

3.3.4 三维体绘制的实现

3.4 三维体模型视觉效果调整

3.5 本章小结

第四章交互操作及虚拟切割

4.1 二维影像的交互操作

4.1.1 二维影像的几何变换

4.1.2 二维影像的测量

4.2 二维影像的伪彩显示

4.3 三维模型的交互操作

4.3.1 三维模型的距离测量

4.3.2 三维模型的面积测量

4.3.3 三维模型的角度测量

4.4 三维模型的虚拟切割

4.5 本章小结

第五章医学影像二维处理及三维重建系统（3DReConstruction）

5.1 系统的开发环境

5.1.1 系统的开发工具

5.1.2 开发环境的设置及使用

5.2 系统的模块设计及关键技术

5.2.1 二维数据存取

5.2.2 数据管理

5.2.3 影像显示及视区管理

5.2.4 二维影像预处理

5.2.5 二维交互操作

5.2.6 二维影像分割

5.2.7 三维重建及视觉调整

5.2.8 三维交互操作及虚拟切割

5.3 本章小结

第六章二维处理及三维重建系统应用实例

6.1 三维重建、三维面数据简化及保存实例

6.1.1 二维数据读取

6.1.2 二维影像数据预处理

6.1.3 二维影像数据分割

6.1.4 三维重建

6.1.5 三维面数据简化及保存

6.2 二维交互操作实例

6.3 三维模型视觉效果调整实例

6.3.1 三维面模型视觉效果调整

6.3.2 三维体模型视觉效果调整

6.4 三维模型虚拟切割实例

6.4.1 三维面模型虚拟切割

6.4.2 三维体模型虚拟切割

6.5 本章小结

第七章总结与展望

7.1 本文的主要工作

7.2 进一步研究的方向

参考文献

致谢

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