医学图像可视化.ppt

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1、一、医学图像可视化数据可视化（1）：数据曲线与图表南极上空臭氧层HURRICANEFRAN数据可视化（2）：引入形态表示1.1生物医学三维可视化用计算机处理医学图象的过程是先对人体有关部位扫描，将连续的、实际的人体解剖结构数字化，然后再对这些离散化的体数据进行加工和处理。还要用合适的显示技术将处理结果显示出来，增强人们对有关解剖与病理的观察和理解。医学图象的显示技术主要包括色彩的运用和形态的真实再现。形态的表示涉及3D图象重建技术。图象的重建就是要从获取的采样数据恢复物体的三维结构，即物体的原型。从本质上说，重建是一个逆问题。医学图象的

2、显示问题还不仅是个重建问题，由于许多功能成像技术，使我们不但能够看到潜藏在内部的物体结构，而且可以看到那些就是使用介入手术也无法看到的人体功能信息。图象显示方式有多种多样，从大的方面可以分为三类：(1)反射式显示(2)透射式显示(3)断层（剖面）显示反射式显示：从体数据的感兴趣区提取被观察物体的表面，施以一定的光照模型，选择某一视角从物体外部观察物体表面形态的显示方式。典型的如表面绘制技术（SurfaceRendering）。透射式显示：类似于X射线成像原理，将反映医学图象特性的图象强度看作对光线不同吸收的特性，光线穿透物体的最大吸收或

3、累加吸收效果构成物体的结构图象。典型的技术有最大强度投影（MaximumIntensityProjection，MIP）及体绘制技术（VolumeRendering）。断层（剖面）显示：不经3D重建，直接显示过空间某一点的三个正交剖面的形态结构。有时为了帮助理解，同时给出切除部分结构的3D投影图。1.2表面绘制技术（SurfaceRendering）我们这里说的“绘制”一词，英文是“Rendering”。还经常被译做“描绘”、“渲染”、“重建”或“显示”等。它的比较严格定义应该是：实际3D物体的2D照相写真式表示。属于3D物体在2D平面

4、真实感投影，二者有严格定量关系及视觉真实感。1.2.1基于体素的表面重建这是一种直接从体数据提取物体表面的方法。代表性的是Lorensen等人提出的移动立方体法（MarchingCube）。下面以人脑图象为例加以说明。在剔除大脑皮层、颅骨和其它非脑成分之后，仅剩下大脑部分。由于我们感兴趣的是脑表面的形态而不考虑其内部的细节，因此，要把位于大脑表面上的像素与大脑内部分开，这个过程称做轮廓提取（Contouring）。对一个单元及给定的该单元点的标量值组合计算所有可能拓扑状态。拓扑状态数取决于单元顶点个数及一个顶点可能对于轮廓值内/外关系数

5、。如果顶点灰度值大于轮廓线的灰度值（阈值），则认为该顶点在轮廓之内。否则认为在轮廓之外。例如，如果一个单元有四个顶点，每个顶点可以在轮廓内部或外部。因此，轮廓通过该单元共有24=16种方式。构型表（CaseTables）1.轮廓提取物体的表面实际上是一个闭合的灰度的等值面，其灰度值称做阈值。在该等值面的内部，所有的像素灰度值都大于这个阈值，在等值面的外部，所有的像素灰度值都小于这个阈值（或相反），从而将物体与背景分开。显然，等值面上的体素内部灰度是不均匀的，即体素的一部分灰度大于这个阈值，另一部分灰度小于这个阈值。构型表的索引值可对每个

6、顶点做二进制数字编码。对用矩形网格表示的2D数据，用4位索引值表示16种状态。选定某一合适的状态后，可以用内插法计算轮廓线与单元边缘交点。该算法处理完一个单元后，然后移动或前进到另一个单元。当所有单元都走过后，轮廓就完成了。步进算法可总结如下：选择一个单元；计算该单元每个顶点的内/外状态；生成每个顶点二进制状态的编码索引值；用该索引值查构型表得到所需的拓扑状态；用内插计算构型表中每边的轮廓位置。由于此过程是对每个单元单独处理，不同的单元边界处可能重复使用一些顶点或边缘，可以通过程序消除重复的运算。注意，沿每条边的内插应按相同方向进行。不

7、然的话，数值舍入可能会使产生符合的点不精确符合，不能正确地合并。3D步进立方体法的15种基本构型与步进正方形相似，3D时为步进立方体法。每个体素有8个顶点。根据这8个顶点与灰度阈值的关系一共有28=256种构型。2D图像的轮廓是由直线段连接而成，3D图像的轮廓则复杂的多。3D图像的轮廓是由许许多多的小三角形面片镶嵌而成的。考虑到各构型的对称和互补性，上页的图给出简化后的15种基本构型。对于3D图像遍历，根据各体素的构型情况产生三角形面片镶嵌的表面轮廓的方法称作移动立方体法。实际应用中要用到全部256种构型，因为仅靠15种基本构型的组合往

8、往会在表面轮廓上产生空洞。为了方便起见，实用的遍历法是对每个体素用查表法。将体素的8个顶点与灰度阈值比较所产生的逻辑值依序构成一个8位的二进制编码索引值，全部256种构型的信息组成一个“构型—三角剖分”查找