医学CT图像三维可视化系统的研究与开发

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1、2004年9月第27卷第9期重庆大学学报JournalofChongqingUniversitySep.2004Vol.27No.9文章编号：1000-582X(2004)09-0076-04医学CT图像三维可视化系统的研究与开发•胡莎莉-唐治德-赵一凡2（1.重庆大学电气工程学院，重庆400030；2•南京长城信息系统有限公司软件部，南京210004）摘要：为开发符合医学数字成像与通讯（DICOM）标准的医学计算机断层扫描（CT）图像三维可视化系统,探讨了DIC0M文件系统的结构和解析方法、医学CT图像窗宽/窗位调节技术及其三维可视化

2、算法，描述了系统的结构和各功能模块的实现方法。通过对医学CT图像三维可视化软件的开发，比较了表面绘制和体绘制的特点，成功而有效地实现了符合DIC0M标准的医学CT图像的三维可视化,为影像诊断提供了形象直观的技术方法,具有广泛的临床应用价值。关键词：可视化；医学图像;体绘制；面绘制中分类号:TP391.4;R319文献标识码:A的特殊性，必须具有位的调节功能;必须具有•收稿日期：2004-05-20基金项目:重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室资助项目作者简介:胡莎莉（1975-），女，湖南益阳人，重庆大学硕士研究生，从事医学图像处

3、理和体视化技术研究。1895年伦琴发明了X射线,这极大的促进了医学成像技术的发展。目前无损伤诊断设备如CT（Com-puterizedTomography）、MRI（NuclearMagneticResonanceImaging）等已经广泛的应用于临床。医生通过对这些设备产生的断层图像分析、想象，还原出患者器官的三维结构及其变异，作为诊断的依据。这种方法在很大程度上依赖于医生的主观想象力和临床经验,缺乏直观性和准确性。事实上，多幅断层图像提供的二维数据在空间方向上的叠加就构成了一个三维数据场,利用在图像图形领域十分流行的科学可视化技术

4、对这个三维数据场实现三维重建，可以直观展现物体的三维原形;并且通过对三维体的缩放、旋转、切片重组、兴趣区的再重建等操作，可以最大程度的利用图像信息,给临床提供更加丰富的医疗数据。随着可视化技术的发展，现代的许多医学图像设备都是向提供三维图像发展⑴，目前三维CT,三维超声均可提供三维影像，如通用电气、西门子等成像设备制造商均生产三维CT产品，但是这些设备价格相当昂贵。通过计算机图像图形学技术和可视化技术，对二维CT图像进行后处理，根据输入的各图像参数克接在PC机上实现三维影像重建具有十分现实的意义。在我国，对二维医学图像三维重建的算法研究

5、十分广泛，但真正应用于临床的三维系统不多，而且，随着DICOM标准的广泛应用，越来越多的医疗设备符合这个国际间的标准通讯协议。鉴于此，我们和南京长城信息有限公司合作研究和开发了医学CT图像三维可视化系统。1三维可视化系统技术研究符合DICOM标准的CT图像的三维可视化系统必须具有的基本功能是DICOM文件的解析功能，用于提取出重建的数据场和空间信息;针对医学CT图像体数据场的三维可视化功能。1・1DICOM文件的解析功能DICOM标准的提出使得医学图像及各种数字信息在计算机之间的传递有了一个统一的规范,DICOM标准不但规定了通讯的标准

6、，也规定了医学图像特定的存储格式。DICOM文件一般由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集构成，在DICOM文件头中包含了标识数据集合的相关信息,DICOM文件的信息主要集中在数据集部分。DICOM数据集又由数据元素组成，数据元素主要由4个部分组成:标签(tag号)，数据长度VL(ValueLength)、数据域和数据描述VR(ValueRepresentation)(这部分是可选的)组成。不同的标签规定了后续数据域中数据对应实体的内容，数据元素按标签的升序排列构成数据集，如图1所示⑵。OICOM文件解析目的是通过分析符合DICO

7、M标准的CT图像的文件中各数据元素，从给定的序列文件中按标签号逐个提取出重建中需要用到的信息，分析判断各图片之间的空间关系，构造数据场，作为可视化系统的原始输入数据。数据四/数拯元素数据元素zZ签值的表达值的长度*图1数据集和数据元素1.2窗宽/窗位调节功能通过DICOM文件解析获得的CT图像各象素比特深度一般为12位，存储位为16位，目前计算机能够显示的灰度级只有8位,因此在重建前要完成16位到8位灰度级的映射功能，这在CT图像的处理中称为窗宽/窗位的调节。目前常用窗宽/窗位的调节算法有Linear算法、Gamma算法、Logarit

8、hmic算法等⑶。Gamma算法和Logarithmic算法都是非线性的，可以补偿人眼对灰度反应的非线性，但是它们的运算最非常大，对于二维图像处理采用可以产生较为理想的效果,如果直接将其运用到三维数据场，则