基于体绘制的医学数据三维可视化方法研究

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1、基于体绘制的医学数据三维可视化方法研究胡伟健2015年12月中图分类号：TP311.UDC分类号：004.基于体绘制的医学数据三维可视化方法研究作者姓名胡伟健学院名称软件学院指导教师薛静锋教授答辩委员会主席胡昌振教授申请学位工学硕士学科专业数字表演学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月Researchof3DVisilizationofMedicalDataBasedonVolumeRenderingCandidateName：WeijianHuSchoolorDepartment:SchoolofSoftwareFac

2、ultyMentor:Prof.JingfengXueChair,ThesisCommittee：Prof.ChangzhenHuDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：DigitalPerformanceDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或

3、撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，直接体绘制技术已经逐步发展为医学数据三维可视化的一种重要方法。由于它能够根据体数据直接绘制出高质量的二维图像，借助二维图像能够清晰的显示出人体的内部结构。因此直接体绘制技术在医学方面得到广泛应用。在直接体绘制技术中，传输函数设计对图像效果的影响最大。传输函数能够将医学数据场中的数据转换为光学参数（如颜色

4、和不透明度），给每个体素分配不同的颜色和不透明度，来显示值得注意的区域，或者隐藏那些不重要的区域。在很多医疗应用中，比如在种牙或是在骨折治疗中植入钢钉时，医生需要比较详细的知道下颌骨以及骨折部位附近的骨密度分布，根据不同的骨密度情况来制定不同的治疗方案，避免将牙或者钢钉植入在已经发生了骨质疏松的部分，造成二次伤害。因此需要在对骨密度分布进行分析和测量的时候，一方面需要利用体绘制技术对待测部分进行三维可视化，使医生能够直观的观察需要分析的部位，同时也需要进行低密度点的分析和测量，并对低密度点进行伪彩色处理，使得能够直观的对低密度点进行

5、观察和进一步的处理。本文主要研究了以下问题：（1）针对常用的一维传输函数在实际应用中存在的诸多缺陷，本文将梯度模值引入作为传输函数的第二个输入域，并结合k-means聚类方法，通过对医学体数据进行分类的方法，来避免一维传输函数对物质分割不精确的问题。实验结果表明，基于k-means聚类方法设计出的二维传输函数能够获得比较令人满意的绘制效果；（2）光线投射算法是目前应用最广泛的体绘制方法，它遍历屏幕图像，对于每一个像素，沿着视线方向发射一条光线。因为对于每一条光线需要进行的计算相同，如果使用并发处理，能够大大提升光线投射算法的效率。而

6、GPU在并行计算方面的具有明显的优势。因此本文提出了基于GPU的体绘制算法设计和实现。实验结果表明，GPU能够很好的与光线投射算法结合，并能够比较明显地提升算法的效率。（3）在骨密度分布检测场景中，本文结合了图像处理算法，提出了一种基于邻域检测的低密度点检测方法，能够比较准确地检测出其中的低密度点，并对这些点进行伪彩色处理，使得显示效果更加清晰。关键词：三维可视化，体绘制，光线投射算法，医学数据I北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,directvolumerenderingtechnologyhasb

7、ecomeanimportantmethodof3Dvisualizationofmedicaldata。Becauseitdoesnotneedtheaidofanintermediategeometry,volumedatacanbedrawndirectlyontothetwo-dimensionalimageofthescreen.Itcanproducehigh-qualityimages,canclearlyshowthedetailsoftheinternalstructureoftheobjectinformatio

8、n,soitiswidelyappliedtomedicine,meteorologyandgeologyexplorationandotherfields.Thedesignofthetransferfunctionplayanim