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基于VTK的医学图像三维重建及可视化研究

作　者: 刘云伍
导　师: 党建武
学　校: 兰州交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 三维重建 医学数据可视化 面绘制 移动立方体 VTK
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


医学图像三维重建技术是计算机可视化中研究的重要领域之一。它不仅能提供人体病灶及其周围组织器官的形状、空间分布等信息,还可以协助医生作出更准确地诊断分析。本文研究了基于表面绘制的医学图像三维可视化方法,在分析表面绘制方法的基础上,对现有的面绘制算法分别进行建模过程中、渲染过程中的性能优化,以达到基本实时绘制的效果。主要内容有：1、研究了面绘制算法中的移动立方体算法。分析了该算法存在的二义性、冗余遍历问题,对二义性问题,采用渐近线法来判断和消除二义性,取得了较好的效果；对冗余遍历问题,采用了一种基于链队列的种子填充算法的等值面搜索方法,有效地减少了对无效体元的搜索,实验证明该方法达到了预期的效果。2、对等值面提取算法产生的等值面模型,通过二次误差测度QEM算法简化模型,将模型顶点的曲率特征引入到合并的权值计算中,通过计算合并时的最小误差来确定新顶点的位置。实验结果表明,该方法能有效保留原原始模型的图形特征,为达到实时渲染提供了方便。3、实现了基于VTK的可视化系统设计,包括模型渲染、交互显示等。4、在VC++6.0环境下,结合三维可视化开发包研发了医学图像三维重建子系统,并将该子系统集成到了放射治疗计划系统中。该子系统实现了改进后的移动立方体算法、网格简化算法和基于三维可视化开发包的多平面重建技术,完成了三维重建、三维旋转、空间任意两点间距离的测量等功能,已被应用到了临床放疗实验中。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 引言  8-9
  1.2 研究的背景、目的和意义  9-10
  1.3 可视化技术的发展趋势  10
  1.4 本文研究的选题依据、研究内容  10-12
2 可视化技术及可视化工具VTK  12-22
  2.1 医学数据可视化技术及医学图像的三维重建  12-14
    2.1.1 医学数据可视化技术  12-13
    2.1.2 三维体数据可视化流程图  13-14
  2.2 医学图像三维重建的研究现状  14-16
    2.2.1 医学图像三维重建的研究进展情况  14-15
    2.2.2 医学图像的三维重建方法  15-16
  2.3 VTK介绍  16-21
    2.3.1 VTK的产生与发展  17
    2.3.2 VTK的组成  17-18
    2.3.3 VTK的特性  18-19
    2.3.4 VTK三维重构框架结构  19-21
  2.4 本章小结  21-22
3 移动立方体算法研究  22-33
  3.1 引言  22
  3.2 基于等值面的移动立方体算法  22-29
    3.2.1 移动立方体算法  23
    3.2.2 算法描述  23-25
    3.2.3 求等值面与体元的交点  25
    3.2.4 等值面的法向量表示  25-26
    3.2.5 MC算法抽取等值面的算法流程  26
    3.2.6 MC方法的不足  26-27
    3.2.7 用渐近线法判断和消除二义性  27-28
    3.2.8 实验结果和讨论  28-29
  3.3 MC算法的研究  29-33
    3.3.1 算法描述  29
    3.3.2 一种基于链队列的种子填充算法  29-31
    3.3.3 一种基于链队列的种子填充算法的等值面搜索方法  31
    3.3.4 实验结果和讨论  31-33
4 基于二次误差度量的三角网格简化算法  33-42
  4.1 引言  33
  4.2 三角网格模型简化  33-36
    4.2.1 模型简化概述  33
    4.2.2 模型简化算法介绍  33
    4.2.3 二次误差度量网格简化算法  33-35
    4.2.4 微分几何中的离散曲率  35-36
  4.3 基于离散曲率的二次误差度量网格简化算法的改进算法  36-41
    4.3.1 顶点特征值计算  37
    4.3.2 特征点与特征线  37-38
    4.3.3 顶点对权值计算  38-39
    4.3.4 算法步骤  39-40
    4.3.5 实验结果及分析  40-41
  4.4 本章小结  41-42
5 基于VTK的医学图像三维重建系统  42-49
  5.1 医学图像三维重建系统的设计  42
  5.2 医学图像三维重建框架结构  42-47
    5.2.1 医学体数据的面绘制重建及其属性设置  43
    5.2.2 多平面重建模块  43-45
    5.2.3 医学体数据的体绘制重建及其属性设置  45
    5.2.4 三维实体旋转  45-47
  5.3 医学体数据模型的三维测量  47-48
  5.4 本章小结  48-49
结论  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-54
攻读学位期间的研究成果  54

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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