基于itk和vtk的三维成像实现

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1、深圳职业技术学院学报2007年第3期JournalofShenzhenPolytechnicNo.3,2007基于ITK和VTK的三维成像实现1，2111，3王京阳，周振环，赵明，王安明（1.深圳职业技术学院，广东深圳518055；2.哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055；3.南昌大学，江西南昌330031）摘要：介绍了FastMarching快速行进图像分割和MarchingCubes步进立方体2种算法的原理，利用ITK的图像读取与处理功能及VTK在可视化方面的突出能力,将二者有机地集成起来，通过ITK和VTK实现这2种算法，最终生成三维立体医学

2、图像。实验结果验证了该方法可以得到病理部位的详细特征，在医学图像三维成像方面有良好的性能。关键词：可视化；快速行进；步进立方体中图分类号：R319文献标识码：A文章编号：1672-0318（2007）03-0015-05医学图像处理与分析涉及的研究内容包括：键步骤。一方面，它是表达目标的基础，对特征测医学影像数据获取、医学图像分割、三维可视化量有重要的影响；另一方面，图像分割使得更高层[1]等。医学图像分割从医学图像中提取感兴趣的的图像分析和理解成为可能。目前，图像分割在医器官、组织或病变体，使得医生能够对病变组织学领域得到了广泛的应用。它对医学病变区域提取、

3、进行定性及定量的分析，从而提高医学诊断的准特定组织测量以及实现三维重建有着不可忽视的重确性和科学性。它是实现医学图像三维重建的基要作用。[2]础。可视化技术主要包括面绘制和体绘制技术。医学图像分割主要可以分2类：面绘制处理速度快，显示图像形象清晰，其中最1）以区域为基础的方法或者统计性特性方法，有代表性的是步进立方体算法MarchingCubes。根据一致性原则对图像进行分割，比如区域增长的体绘制技术可以不进行分割直接进行绘制，其好方法。这种方法的优势在于考虑到了区域的内部信处在于有利于保留三维医学图像中的细节信息，息，但是得到的边界不够平滑，呈现锯齿形状。但

4、缺点是加大了计算开销，速度很慢，不能进行2）以边界为基础的分割方法，比如Snake方法、实时处理，技术也很复杂。本文详细介绍了快速LevelSet方法。其中LevelSet可变型模型的方法对初[3]行进分割算法FastMarching和步进立方体算法始位置有一定要求，初始的边界对象常常被要求为MarchingCubes，并使用这些方法对一组CT扫描大致轮廓，这样可以有效地提升计算速度，同时可图像进行分割处理，重建为三维立体图像。以减少分割错误。FastMarching分割算法是基于几何形变模型的1快速行进分割算法（Fast医学影像分割方法，它是水平集（Leve

5、lSet）分割Marching，FMM）算法的一种。LevelSet分割算法的基本思想是：将平面闭合曲线隐式地表达为二维曲面函数的水平图像分割是指把图像分成互不重叠的区域并集，即具有相同函数值的点集，通过函数曲面的进[4]提取出感兴趣目标的技术，它是图像处理中的关化隐式地求解曲线的运动。收稿日期：2007-04-10项目来源：深圳市科技计划项目（05KJcd004）；深圳职业技术学院科技发展基金项目（07KJcd005）；2005年粤港关键领域重点突破项目（2005A11304003）资助。作者简介：王京阳（1983-），男，河南南阳人，在读研究生，研究方向为

6、医学图像处理。16深圳职业技术学院学报第6卷LevelSet函数的演化满足以下的基本方程：1）初始化：①设置活动点：活动点就是所有网Φt+F

7、∇Φ

8、=0（1）格点中时间T固定的点。可以有多种指定方法，本其中，Φ为LevelSet函数，其零水平集表示文所采用的分割算法中设定T（x，y）=0。②设置目标轮廓曲线，即Γ(t)={x

9、Φ(x,t)=0}，∇Φ窄带：窄带是指活动点附近的点。在运算时只更新表示LevelSet函数的梯度范数；F为曲面法线方窄带中的点，以提高计算速度。时间T（x，y）向上的速度函数，控制曲线的运动。一般F包括=1F(x,y)。③标记远点：除了

10、活动点和窄带点外，与图像有关的项（如梯度信息等）以及与曲线的所有其他的网格点为远离点，T（x，y）=+∞。几何形状有关的项（如曲线的曲率等）。2）循环①循环开始：任取点（x，y），可将其看作窄虽然上述思想很好，但是对所有的levelsets带中具有最小时间T的点。都要进行计算，而不单是对与传播前沿相关的零②将点（x，y）标记为活动点，并将其从窄带levelSet进行计算，所以它一个很大的缺点是运中删除。算量很大，对一个N×N的图像进行运算，每一③把与点（x，y）相邻接的点做标记：若其邻2步的运算复杂度为O(N)。如果传播前沿的法向接点为活动点，则不改变时间；若

11、其邻接点为窄带速度总是保持全正或者全负