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基于断层图象三维重建的体视化技术研究与应用

杨淑莹  
【摘要】:体视化是科学可视化的一个重要组成部分,它是在吸收计算机图形学、 计算机视觉和计算机图象处理等学科有关知识的基础上发展起来的。而这三 方面的内容又是计算机应用方面非常重要的分支,因其涉及的内容较深,理 论性强,算法多,因此,它常被视为代表计算机专业应用的水平。国际上对 体视化的研究与应用如火如茶,我国在这一领域的研究工作起步较晚。本论 文在断层图象三维重构方面做了系统地阐述和探讨,主要论述了将一系列二 维CT扫描图象经过旋转、平移、滤波、插值、锐化等处理后,提取不同物体 的边界数据,形成三维体数据,实现物体三维重建,并实现对体数据进行显 示、平移、旋转、缩放、投影等功能,根据软件编程实现这些功能的基础上, 对三维体视化处理的各种算法进行总结。 断层影象三维重建的实现方法,主要围绕图象处理、图形变换、实现三 维立体还原的方法及图象压缩等方面展开探讨。在图象处理方面,论述了断 层图象中定位点提取、图象几何变换、靶区边界提取、图象纵横方向的剖面 显示、图象的平滑、图象的锐化、边缘检测与边缘提取等算法;在图形变换 方面,讨论了二维图形的几何变换(平移、旋转、缩放),平面数据三维化、 立体模型的创建、三维图形的几何变换、曲线拟合、隐藏线和隐藏面的处理、 着色处理等算法及其实现原理;并且介绍了用OpenGL开发实现断层图象三维 重建系统的设计思想,包括用OpenGL实现坐标变换、立体建模、用OpenGL 实现立体旋转、投影等功能;还介绍了将图象BMP文件压缩为JPEG文件的方 法,其中包括色彩模型原理、DCT(离散余弦变换)、Zig-Zag变换、量化、 AC编码、DC编码、采样系数、JPG文件的解码等实现原理。 目前,国内各医院对肿瘤病人的化疗方法各不相同,资金雄厚的医院采 用进口软件进行设计;大多数医院应用国产软件,这些软件厂家主要有北京 大恒公司,深圳的威达医疗公司,而这两家的软件在医生进行治疗方案设计 时,是在图象平面上进行射野,但不能在全方位立体显示模式下进行放射和 计量的设计,造成关键部位不能准确判断。而这也正是医生最需要的关键地 方。这些正是本项目要解决和达到的目标。本论文主要论述了将一系列二维 CT扫描图象经过校正、锐化等处理后,提取不同物体的边界数据,形成三维 体数据,实现物体三维重建,并实现对体数据进行显示、平移、旋转、缩放、 投影等功能。 本论文主要以医学领域中的应用为背景,通过对医学领域中体视化的研 究与应用,以期对计算机图形学、计算机视觉和计算机图象处理等学科进行 深入的研究。通过该项目的体视化技术研究与开发,可以为观察者在进行手 术治疗之前、放射治疗之前提供模拟演示功能。并可为医学院教学提供虚拟 现实的教学和实验环节。同时提高医用领域的临床水平和教学水平。


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