淡谈医学图像三维重建之预处理算法

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1、淡谈医学图像三维重建之预处理算法-->第一章绪论1.1研究背景随着科学技术的不断发展，医学图像提供的信息对现代医学已越来越重要，医学图像常常在疾病的确诊以及选择治疗方法和手段方面起决定性的作用。由于医学图像能够直观地反映患者的病情，能够最大限度地向医生提供患者的信息，从而大大提高了医生的诊断准确率，因此医学图像在现代医学中的位置极其重要。目前的医学图像主要包括X射线透视图像、数字X光机像图、B超扫描图像、彩色多普勒超声图像、CT(计算机断层扫描)图像、MRI(核磁共振)图像、fMRI(功能磁共振）图像、PET(正电子发射断层成

2、像）图像、SPECT(单光子发射断层成像）图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。医学图像分析与处理近年来发展越来越快，但由于医学成像设备的获取条件、成像机理和显示设备等因素的限制，人眼对某些图像很难直接做出准确的判断。计算机技术的飞速发展改变了这种状况，通过医学图像处理技术可以改善图像的清晰度，抑制不重要的内容，突出重要的内容，以适应机器的自动分析和人眼的观察，这无疑极大提高了医生临床诊断的正确性和准确性。图像重建指通过医学成像系统获得尽可能多的目标的检测数据，并将数据进行运算处理，最终生成图像的过程。在放射医疗应

3、用中，人们仅用二维断层图像很难-建立三维空间的立体结构，容易造成病变定位的失真与畸变。将获得的连续人体断层数据和断层图像进行整合处理，仅通过图像处理技术获得新的切层位置和方向的断层图像。因此，将二维断层图像转化为三维图像或将断层图像合成为体数据并显示成三维图像，以加强人们对器官解剖结构和病灶三维形态的观察和理解，有利于提高医疗规划的准确性。这种处理我们称为图像的三维重建或图像的三维可视化。常见的三维可视化形式有曲面显示(curvedmultiplanarreconstruction,CMPR)、多平面重建(multiplana

4、rreconstruction,MPR)、最大密度投影(maximumintensityprojection,MIP)、表面阴影显示（shadedsurfacedisplay,SSD)、虚拟内镜（virtualendoscopy,VE)等。还有一些医学图像三维可视化采用专门的三维扫描技术获得体数据，把体数据直接处理产生三维结构，如MRI容积扫描等。这些可视化算法与利用断层图像重建没有本质的区别。尽管三维可视化显示形式较多，的根本算法只有两类：体绘制和面绘制。医学图像三维重建技术是医学阁像处理技术的一个分支。它的发展改变了医务人

5、员传统的诊断方式。传统的影像技术只能获得人体某一断层的图像数据，然后医生通过显示屏幕观察二维图像。计算机技术的飞速发展使得通过图形图像技术中的三维重建技术对二维图像进行三维重建处理，重建后可对s建的三维图像进行任意缩小、放大、旋转、对比调整等处理，使得医务工可从多层次、多方位的观察角度详细的对影像数据进行观察，可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至准确的定量分析，这不仅对提高影像数据的利用有深远的意义，而且大大提高临床诊断的准确性和正确性。因此，目前世界上许多国家的科研机构都致力于该领域的研发工作，并且研究出许多面

6、向临床的、功能简单的医学图像分析与处理系统。正是因为医学影像分析与处理对临床医学的发展有着极大的促进作用，医学i冬1像分析与处理的研究才逐渐受到世界各国的重视。医学图像三维重建算法与二维图像的成像方式是相关的，要进行某种三维重建就必须按照重建的要求采取特定的数据扫描方式。为了更广泛的讨论三维重建，将不考虑数据采集方式和成像系统问题。1.2国内外硏究情况1.2.1国外的研究现状国外很早就开始了医学图像三维重建方面的研究，取得了显著的成果。主要成果有以下几个方面：1.医学图像处理软件哈佛医学院下属伯明翰女子医院和麻、理工大学（MI

7、T)人工智能实验室合作J「发的三维Slicer软件、芙国宾夕法尼亚大学的MIPG小组开发的三维vieedia幵发的ANALYSE系统、飞利浦、西门子等公司的系统、通用电器的螺旋CT所附带的图像工作站的医学影像可视系统、德国达慕斯达特FHG—AGD研究屮心力:发的VIS-A-VIS系统、：XaK

8、Stardent计算机公司推出的AVS系统、俄亥俄超级计算机中心开发的APE系统、德tRlTGS公司开发的Amira系统、商业可视化系统VoIumePro和Vitrea2、一些知名的大学、研究所和公司等纽织丌发研究的软件：Edtips,

9、Freesurfer,IMOD,NIH-NavigationalAidsforVirtualEndoscopy,Osiris,TomoVision,Vs5D,VoxBlast'。2.专业软件库及平台VTK工具箱（VisualizationToolkit)是开源的跨平台C++类