基于医学图像的三维非均质生物组织建模理论及方法研究

论文摘要

生物制造工程是以制造复杂器官或组织为目标的交叉学科,是制造科学与生命科学相结合形成的新的发展方向。本文从生物制造的应用需求出发,运用图像反求理论和三维数据场重建方法,针对非均质生物组织建模以及面向快速成形技术的三维非均质模型处理等关键技术进行了系统和深入的研究,取得如下研究成果:(1)在深入分析面绘制和体绘制两种三维重建方法优缺点的基础上,首次提出将体绘制算法应用于非均质生物组织的建模,运用颜色映射函数和不透明度来表征生物组织模型中器官或组织不同的质地属性、形状特征以及器官或组织之间的层次关系,解决了生物组织非均质特性的表达问题。(2)在非均质实体模型信息转换方面,提出了两种面向快速成形工艺的数据处理方法。一是将模型转换为彩色STL文件;二是将模型进行直接分层,得到序列BMP格式文件,作为三维彩色喷墨打印设备的原始数据。(3)在MFC框架下利用VTK 5.0.3工具包开发了基于医学图像的三维非均质生物组织建模系统软件原型,实现了生物组织模型的建立及其非均质属性的表达。论文工作对丰富生物建模理论和非均质实体建模理论,促进数字化生物制造技术的进一步发展,具有重要的理论意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题研究的背景及意义
• §1-2 国内外研究综述
• 1-2-1 生物制造工程研究内容
• 1-2-2 生物组织建模
• 1-2-3 快速成形技术在生物医学中的应用现状
• §1-3 本领域目前存在的主要问题
• §1-4 本文的主要研究内容
• 第二章 图像预处理及三维重建算法
• §2-1 图像的预处理技术
• §2-2 三维重建算法
• 2-2-1 医学图像的三维重建流程
• 2-2-2 医学图像的三维重建原理
• 2-2-3 生物组织建模方法的选择
• §2-3 本章小结
• 第三章 直接体绘制技术
• §3-1 医学体数据场
• §3-2 直接体绘制算法中的光学模型
• 3-2-1 光线吸收模型
• 3-2-2 光线发射模型
• 3-2-3 光线吸收与发射模型
• §3-3 直接体绘制算法
• 3-3-1 光线投射算法
• 3-3-2 基于物体空间扫描的体绘制技术
• 3-3-3 频域体绘制技术
• §3-4 本章小结
• 第四章 快速成形设备的数据接口
• §4-1 快速成形技术在生物制造领域的应用
• §4-2 传统CAD系统与RP系统间的数据接口
• 4-2-1 STL文件格式
• 4-2-2 中性标准数据文件
• 4-2-3 层片文件
• 4-2-4 CAD模型分层算法
• 4-2-5 三维模型的分层方式
• §4-3 生物组织模型的RP数据处理
• 4-3-1 面向快速成形制造的彩色模型数字表述方法
• 4-3-2 生物组织模型的快速成形数据处理
• §4-4 本章小结
• 第五章 基于医学图像的三维非均质生物组织建模系统设计与实现
• §5-1 VTK工具包
• 5-1-1 VTK简介
• 5-1-2 VTK编程机制
• §5-2 系统功能模块设计
• 5-2-1 系统功能模块划分
• 5-2-2 系统模块功能说明
• §5-3 系统功能实现及运行结果
• 5-3-1 VTK中体绘制算法实现
• 5-3-2 系统运行结果
• §5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果