医学图像三维表面模型重建.pdf

《医学图像三维表面模型重建.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第卷增刊理论与应用研究乡,年月一,医学图像三维表面模型重建邹豪刘积仁东方软件有一限公司嵌入式系统技术中心沈阳摘要三维表面模型重建是医学图像处理的重要内容,是将和等医疗影像设备获得的二维图像重建成三维立体表面显示图像的过程本文重点研究了其重建算法的具体实现在建模上采用了一基于体素的三维物体体积重建在显示上提出了基于的三维物体二维直接显示技术所以,和传统采用三角面拟合的方法相比,具有图像重建过程无需生成中间数据、无需进行物体的边界检测等优点,同时该算法并行性好,易于采用硬件方法实现加速因此,本研究为医学图像三维表面模型重建应用软件的开发打下了理论基础关键一,,词三维表面模型重建一

2、,,,,,,一,,引言医学图像三维重建技术最早可以追溯到年代初,那时刚发明了医用扫描机,有学者丘和三人于年在的核科学分册上发表了从体素的角度,,、’,研究医学图像三维重建问题此后该领域在八九十年代得到了很快的发展【然而由于医学影像设备昂贵等客观原因,国内在医学图像三维可视化方面起步较晚也相对落后,到九十年代才开始在有些高校开展了各种层次上的研究呵出于发展民族、等医疗影像设备产业的目的,作者也开始了相应研究,总之,医学图像三维重建技术作为一门集计算机图形学、生物医学工程技术于一体的实用技术己经成为计算机可视化技术的重要分支医学图像三维重建面显示是医学图像三维重建的重要内容,其主

3、要目的是通过对具有,,三维立体感的面显示图像进行医学分析起到医疗辅助诊断的作用经典的算法有、介曲和等这些算法的共同之处就是采用许多的,该算法的优点是能利用等渲染算法三角面片对等值曲面进行拟合及利用显卡等实现硬件加速,但缺点是从原始数据到最终显示必然要生成了许多的中间数据,另外形成的面模型为一壳体,而没有内部信息,因此在切割后观察到的是内表面而不,、,是期望的内部组织信息近年来由于计算机软硬件运行速度的大幅提高人们又开始倾向于基于体素的一三维医学图像重建技术的研究,由于基于体素的医学三维一,于体素的三维医学图像重建技术的研究由于基于体素的医学三维图像重建在整合三维面显示、三维体

4、显示、和虚拟内窥镜等方面的有非常好的优势,因此,是近年来研究的热点图就是用来进行医学三维图像重建的二维断层图像本文将就医学三维物体建模、基一、于算法的物体与屏幕坐标系的建立光线搜索步长的选取、简单域值分割以及最终面显示实例等进行详细的探讨体数据模型的构造如图所示,假设在空间有一个长为,宽为,高为的长方体,相邻的八个网格节点构成一个立方体,数据定义在各立方体上,称为体素此长方体的面平行,对于体素,,,,⋯,,,⋯,,,⋯,,,,于坐标面有体数据值体数据为,一三维数组大小为一般地和方向分别表示为或图像的长和宽方向,轴为层厚方向,层间距离可由原始医学图像信息中得到,这样每个体素就对

5、应着相应的图像灰度值了当然,当原始图像层间距过大时,需要进行层间插值,此时的为插值后的值图二维断层图像图基于体素的体数据集为了减少重建过程中所需处理的体素数量,从而加快三维重建的速度,在三维重建以前可以对需重建的体数据集进行预处理把非兴趣体素全部置为背景体素这样,在三维重建过程中,只要遇到的是背景体素,就认为沿光路的搜索完毕医学图像三维表面模型重建根据一的算法原理,从屏幕发出的每束光线,穿过数据集中的体素后可得一强度曲线,而面显示是指定域值的等量面,因此沿着光线的强度曲线,一旦搜索到等于,,,某域值的点就记录该点而所有光线的这些点的集合就构成了基于该域值的等量面从而得到了所需

6、的医学三维面显示图像一坐标系的建立和常规的可视化技术相比,医学三维有它的特殊性,常规的可视化技术中一般建有模型坐标系、世界坐标系和屏幕坐标系等多坐标系,随之就是坐标系之间的坐标转换,还要用进行取景变换等而对于医学三维,可以如图建立较为简单的坐标系即可为整个模型的全局坐标系,为屏幕坐标系,为局部坐标系为了建模方便,。,,多为三维物体中心坐标系随三维物体层数和原始二维切片大小而改变在图中为屏幕中点,为,屏幕上的任一点为约旦少一屏幕中点,为屏幕上的任一点,为过点的光线向量根据图存在屏幕坐标系的原点在中可表示为二一口叹,而屏幕坐标系内任意点可以在中表示为二口口十口尸二口十鲜赘式在实现

7、图像的交互中起作关键作用,假设已经建立起坐标系,以下则重点探讨在三维图像交互中的图像旋转和图三维物体坐标系与屏幕坐标系缩放问题图像旋转的实现三维物体的各方位旋转实际是三维物体和屏幕相对运动的过程,因此,可以让三维物体保持不动,而屏幕围绕三维物体旋转,最终对观察者来说效果是一样的之所以采用旋转屏幕的方式是因为三维物体的数据以几十兆字节计,而屏幕图像一般不到兆字节,因此,实现对屏幕的旋转,实际计算量要小得多鉴于医学三维重建的特殊性,我们做两点假设、。屏幕旋转是屏幕中心点。绕物体中心点。作以半径为石万的球面运