医学图像三维可视化技术及其交互研究与实现

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1、摘要摘要医学图像三维可视化技术是目前的一个研究热点问题，是数字化虚拟人的重要的技术基础。对医学图像序列进行可视化，得到人体组织、器官以及病变体的三维图像，可以帮助医生进行临床诊断、手术规划和手术模拟。因此，对医学图像三维可视化技术进行研究有重要的学术意义和实用价值。本论文主要研究了三维可视化过程中涉及的关键技术，主要包括绘制算法和交互式三维切割及虚拟切片提取等。本论文主要研究内容如下：第一，介绍了医学图像三维重建的面绘制与体绘制方法，讨论了两种绘制方法的思想和优缺点，对常用的MarchingCubes算法和RayCasting算法的原理

2、和实现过程进行了阐述，并基于VTK分别使用MarchingCubes算法和RayCasting算法对DICOM格式的CT图像序列进行三维重建，给出了其实现的关键算法和3D可视化结果。通过人机交互，实现对重建后三维医学图像的旋转、缩放、平移等简单的交互操作。第二，通过设置虚拟切面的法向量和内点来对重建后的三维物体进行切割并获得断面信息，并且在切割的同时可以同步显示出断面图像，进而实现了三维医学图像的任意角度断面图像提取；构造可控制的虚拟切面，可以用鼠标控制切面进行拉伸、缩放、平移、旋转等操作来对重建对象进行切割，实现用户对三维物体的实时交

3、互切割。第三，实现对重建后三维医学图像的鼠标拾取、空间距离的测量、平面切割、任意角度断面图像提取等交互操作。并提出一种基于样条曲线的切片序列动态生成算法和实现。可同时快速提取曲线上任意一个点附近的多个虚拟切片，通过多视图显示可反映出观察点的立体信息，方便医生进行有效的对比诊查、测量和手术设计。第四，在VisualStudio2005平台下，结合可视化工具包VTK，实现了牙种植体模板辅助设计系统，实现三维建模、三维切割、测量、任意角度切片提取、任意观察路径切片序列生成等可视化关键技术，并提供良好的人机交互有效辅助医生进行诊断、手术规划和手

4、术模拟等。关键词：医学图像；样条曲线；虚拟切片；交互式切割；VTK广东工业大学硕士学位论文A。BSTRACT3Dvisualizationformedicalimageiscurrentlyoneofahotproblemincomputergraphicsandallimportantfoundationofdigitalvirtualhuman．Inmedicalfield，visualizationformedicalimageseriescanobtain3Dimageoforganwhichcallaidsurgeontodi

5、agnose，planorsimulatesurgical．Therefore，itisprofoundtoresearch3Dvisualizationtechnology．Thispapermainlyresearcheskeyproblemsonvisualization,includingvisualizationalgorithm，3Dclippingandvirtualslicesextraction．Thisworkincludesthemajorcontentsjust够follows：Firstly,therealiz

6、ationandprincipleofMarchingCubesandRayCaStingfor3Dmedicalimagereconstruction、析t11surfacerenderingandvolumerenderingarediscussedandcontraStedinthispaper．Theexcellenceandshortageofthetworenderingmethodsarediscussed．Andtherealizationmechanismofvisualizationtoolpackagebasedo

7、nVTKisanalyzed．Inthepaper,MarchingCubesandRayCaStingalgorithmalerespectivelyadoptedtoreconstructthe3DimagesfortheCTimagesequenceoftheDICOMformatundertheVisualStudio2005andthevisualpackageVTKplatform．Thekeyalgorithmsand3Dvisualizationresultsalegiveninthispaper．Thesimplein

8、teractiveoperations，such嬲rotation,zoomandtransferCanberealizedbyuser’sinteractionwithPC．Secondly,thevec