医学图像三维重建的体绘制技术综述

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1、医学图像三维重建的体绘制技术综述摘要：体绘制技术是目前医学图像三维重建的主要方法之一，是一种能够准确反映出数据内部信息的可视化技术，是可视化研究领域的一个重要分支，是目前最活跃的可视化技术之一。本文首先分析了医学图像三维重建的两大方法及其基本思想，并将体绘制技术与面绘制技术进行了比较；然后分别描述了射线投射法、足迹法、剪切-曲变法、基于硬件的3D纹理映射、频域体绘制法以及基于小波的体绘制等典型算法；最后通过比较分析给出了各类算法的性能评价，并在此基础上展望了体绘制技术研究的发展前景。关键字：体绘制；三维重建；可视化；性能评价Abstract：Volumerenderingtechniques

2、isoneofthemainmethodsof3Dreconstructionofmedicalimagescurrently.It'salsoanimportantbranchofvisualtechnologywhichcanreflecttheinsideinformationofdata.Itisoneofthemostactivevisualizationtechnology.Thispaperfirstintroducesarethetwomethodsof3Dreconstructionofmedicalimageandthebasicthoughtofthem,thenvol

3、umerenderingtechnologyandsurfacerenderingtechnologyarecompared.Secondly,theauthorintroducessomekindsofalgorithmforvolumerendering：RayCasting,Splatting,Shear-Warp,3DTexture-MappingHardware,FrequencyDominVolumeRendering,Wavelet.BasedVolumeRendering.Thedifferencesoftheirperformancesarecomparedanddiscu

4、ssedinthelast.Thensomeresultsarepresentedandtheirperspectivearegivenintheend.Keywords:Volumerenderingtechniques;3Dreconstructionofmedicalimages;visualtechnology;Performanceevaluation1.引言自20世纪70年代以来，利用计算机X射线断层投影（ComputerTomography，CT）、核磁共振（MagneticResonanceImaging，MRI）、超声（US）、数字血管减影成像技术（DSA）等医学成像技术可

5、以得到的二维数字断层图像序列。但是仅依靠这些二维图像很难直观地体现或确定物体的三维结构及其相互之间的关系。由于物体的三维信息在医学诊断和治疗及其他临床领域所具有的特殊应用价值，使得三维医学图像的可视化技术越来越引起人们的关注。通过计算机图像处理技术可以对二维医学图像进行分析和处理，从而实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建及显示，进而辅助医生对病变体及其他感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析，大大提高了医疗诊断的准确性和可靠性。2.医学图像的三维重建医学图像的三维重建是研究利用各种医学成像设备获取的二维图像及彩色冰冻切片图像来构建组织或器官的三维几何模型，并在计算机屏幕上“真实”地

6、绘制并显示出来。根据绘制过程中数据描述方法的不同，目前医学图像三维重建的方法主要有两类：1.通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构，称为表面绘制方法，又称间接绘制方法，即面绘制法；2.直接将体素投影到显示平面的方法，称为体绘制方法，即体绘制法。经过十几年的发展，医学图像三维重建已经从辅助诊断发展成为辅助治疗的重要手段。三维重建技术能充分利用CT、MRI等医学图像体数据，采用面绘制或体绘制的成像算法，根据需要得到任意视角透视的三维投影图像，构造三维模型，并对三维模型从不同方向投影显示，提取出相关器官的信息，能使医生对感兴趣器官的大小、形状和空间位置获得定量描述。基于表面的方法，即面绘

7、制法是表示三维物体形状最基本的方法，它可以提供三维物体形状的全面信息。它的基本思想是从体数据中抽取一系列相关表面，并用多边形拟合近似后，再通过传统的图形学算法显示出来。表面绘制方法的处理过程主要包括下面三部分：体数据中待显示物体表面的分割；通过几何单元内插形成物体表面；通过照明、浓淡处理、纹理映射等图形学算法来显示有真实感的图像。经典的算法主要有立方块（Cuberille）方法，移动立方体法(Marching