基于vtk实现二维医学图像的三维可视化系统

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1、东北师范大学硕士学位论文进行了较为具体的比较分析，并对主要的体绘制技术中光线投射算法提出了改进算法；对图像分割技术做了具体分析综述。东北9币范大学硕士学位论文第二章可视化技术与VTK类库2．1可视化技术2．1．1科学计算可视化的定义科学计算可视化(简称可视化，V_sual_ZationinScien廿ficC0mputing，ViSC)是计算机图形学和图像处理技术的一个重要研究方向。事实上，将任何抽象的事物、过程用图形图像表示出来都可以称为可视化。作为学科术语，“可视化”一词正式出现于1987年2月美国国家科学

2、基金会(NationaIScienceF0undat．on，简称NSF)召开的一个专题研讨会上。研讨会后发表的正式报告给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域以及近期和长期研究的方向。这标志着“科学计算可视化”作为一个学科在国际范围内已经成熟曲1。科学计算可视化技术运用计算机图形学的理论和方法，将隐含在大量科学数据中的复杂物理现象和自然规律转化为直观的图形、图像的方式并表达出来。以图形、图像及动画等视觉表现形式展现计算与数据的本质，获得对数据的理解与洞察并允许计算和数据进行交互，从而使研究人员摆脱直接面对大量抽象

3、数据的被动局面，能更直观、更有效地进行科学分析。目的是洞察、理解，而不仅是获得数值。也就是说，科学计算可视化实现把计算中所涉及的和所产生的数字信息转变为直观的、以图像或图形信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察到模拟和计算，即看到传统意义上不可见的事物或现象；同时还提供与模拟和计算的视觉交互手段。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域，已成为当前计算机图形学研究的重要方向n们口¨。2．1．2医学图像可视化技术医学图像可视化n别

4、，它是科学计算可视化中一个重要领域，是世界各国研究的一个热点。在医学领域中，X射线断层扫描图像CT和核磁共振图像MRI在临床上的应用，产生出大量的体数据。能够有效地显示这些数据所包含的信息，充分利用这些数据，对于医学领域有着广泛的应用及研究价值。所谓医学图像可视化，就是把由CT，MRI等数字化成像技术获得的人体信息在计算机上直观地表现为三维效果，从而提供用传统手段无法获得的结构信息。这无论是在基础研究还是临床应用上都有很高的价值。可以说，断层摄影术的出现为医学图像可视化技术的研究和发展提供了必要的物质保障，开创

5、了可视化蓬勃发展的新纪元。三维医学图像可视化的任务是从二维医学图像(CT，MRI)所获得的体数据中建立精确的并具有真实感的对象视图，最后成像在二维平面上，我们将之称为三维图像n3J。三维的体数据是由许多个体素构成的。如图2．1所示，当固定某一维，就得到一副二维图像，称之为断层图像或切片。在目前的影像医疗诊断中，主要是通过观察一组二维切片6东北师范大学硕士学位论文图像去发现病变体，往往需要借助医生的经验来判定。至于准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系，仅通过观察二维切片图像是很难实

6、现的。因此，利用计算机图像处理技术对二维切片图像进行分析和处理，实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示，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定量的分析，可以大大提高医疗诊断的准确性和可靠性n41。从一系列的平行切片中得到三维信息，这方面的研究始于20世纪70年代，已经成功地从CT图像中重建了骨头的三维结构。以后这项技术也被应用于其它领域。图2．1医学图像数据医学图像的三维可视化的方法很多n5

7、，但基本步骤大体相同，如图2．2。首先，将获得二维断层图像，转化成计算机方便处理的格

8、式。通过二维滤波，减少图像的噪声影响，提高信噪比和消除图像的尾迹。采取图像插值方法，对医学关键部位进行各向同性处理，获得体数据。经过三维滤波后，不同组织器官需要进行分割和归类，对同一部位的不同图像进行配准和融合，以利于进一步对某感兴趣部位的操作。根据不同的三维可视化要求和系统平台的能力，选择不同的方法进行三维体绘制，实现三维重构。豢H暑霎篓羹：H聋擞H醐艏l学影像数据l’I格式转换I。II’lJJl绘制算法}={配准融合}=={分割技术I叫三维滤波l图2．2医学图像的三维可视化步骤2．1．3三维空间数据可视化流

9、程图科学计算可视化实质上是科学研究过程中关于计算机辅助后置数据处理部分，其目的是为科学家提供～种可视的分析手段。通常，研究一种物理现象时首先要建立一个物理模型(物理定律)，然后将其转换为数学模型(物理定律的数学表达式)，据此提出计算机模型送计算机计算(计算机模拟)，模拟结果数据经可视化处理转换成可视图形(图像)7东北师范大学硕士学位论文信息提供给科学家作分析研究，验证物理模型的正确性，