三维可视化体积测量技术研究与实现

论文摘要

近年来，随着计算机在硬件和软件方面的快速发展，使得计算机图形学和医学可视化进一步交叉渗透，促进了可视化在医学领域中的应用。目前医学领域的可视化研究已成为世界上研究的热点，由此引出的可视化的应用也引起了科研人员的兴趣，越来越多的科研人员投入到其应用研究中。本课题中体积的测量就是建立在可视化的基础上来实现的，病灶体积大小的测量一方面可以帮助医生判断病情的严重性，对病灶经行准确定位，制定出更加合理的医疗方案；另一方面对判断病情的发展有着重要参考价值。因此本课题的研究有着重要的实际意义。传统上对疾病的诊断主要是借助二维的工具和手段，随着技术的发展进步，这种诊断方式越来越不能满足现代医疗的需求。以往对病灶大小的评估是通过A*B、A*B*C或者直径是多少来表示，这样的表示方法并不确切，特别是对于不规则的病灶形体。本课题研究的主要是在实现三维重建的基础上进行体积测量，可以直接得到该形体的体积大小。本文通过对几种体积测量的方法进行介绍和比较，提出了基于VTK和拟蒙特卡洛算法来实现体积的测量。可视化工具包VTK主要是实现对被测物体的序列图像进行三维重建，本课题中采用经典的Marching Cube（MC）重建方法，并结合VTK中的vtkBoxWidget类实现实时的交互；拟蒙特卡洛方法实际上一种数学的方法，利用伪随机数进行求解问题，具体是利用vtkBoxWidget产生一个规则的盒子，在其内部实现被测物体的三维重建，同时产生均匀的、确定数目的随机数，通过统计学的方法计算被测形体体积的大小，并对求得的结果进行分析处理。本文的研究为计算体积提供了新的思路和方法，在Visual Studio2005开发平台下结合VTK、MFC等实现体积的测量，为临床医用系统的开发提供一定的技术帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 选题的目的和意义
• 1.2.1 课题的目的
• 1.2.2 课题的意义
• 1.3 课题的主要工作
• 2 科学计算可视化
• 2.1 医学图像可视化
• 2.2 医学图像可视化概况
• 2.3 可视化工具包 VTK
• 2.3.1 VTK 的编程特点
• 2.3.2 VTK 的机制和对象类型
• 2.4 三维可视化方法概述
• 2.5 本章小结
• 3 医学影像及其标准
• 3.1 DICOM 图像结构分析
• 3.1.1 对 DICOM 文件头的解析
• 3.1.2 DICOM 数据集
• 3.1.3 DICOM 信息模型
• 3.2 本章小结
• 4 测量方法研究
• 4.1 面积法
• 4.2 注水法
• 4.3 蒙特卡洛法
• 4.3.1 蒙特卡洛背景知识介绍
• 4.3.2 蒙特卡洛的基本原理及收敛性
• 4.4 蒙特卡洛和系统模拟
• 4.4.1 计算机模拟的优缺点
• 4.4.2 计算机模拟中随机点的产生
• 4.4.3 拟蒙特卡洛方法（Quasi-Monte Carlo）
• 4.5 空间点位置的判断
• 4.6 蒙特卡洛解题步骤
• 4.6.1 蒙特卡洛方法解决问题的过程
• 4.7 本章小结
• 5 实现的效果与功能
• 5.1 面积累加法
• 5.2 注水法
• 5.3 拟蒙特卡洛法求体积
• 5.4 本章小结
• 6 课题总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢