医学图像三维重建论文

I医学图像三维重建摘要图像的三维重建和显示是科学计算可视化的一个重要分支，尤其在医学领域得到很大的重视，也成为现今的一大研究热点，具有广泛的应用前景。本文设计实现了基于断层投影（CT）、核磁共振（MRI）二维断层图像序列的三维重建系统，并同时介绍了三维重建的典型面绘制算法比如MC算法，以及在这过程中相关的图像处理关键技术，比如：图像平滑、图像分割、图像配准、和插值等。同时还着重介绍了可视化工具VTK（VisualizationToolkit）特点及其在VC++6.0编程中的配合使用，最后还讨论了运用matlab实现单张CT图片上感兴趣区域的测量功能，以结合重建出来的三维图形辅助分析和诊断，具有实用意义。该系统采用VC++6.0和VTK作为开发工具，以WindowsXP操作系统为开发平台.通过VC++实现在图像处理中的核心算法，并调用VTK库类来实现图像的重建和显示以及旋转和缩放，实现全方位的观察。并可根据不同需要自行选取多种不同的重建方法来实现。整个系统的设计遵循面向对象的指导思想，保证了系统的可维护性和扩充性。关键词：三维重建；VTK；面绘制；图像分割；图像配准IIMedicalImage3DReconstructionAbstractImage’s3Dreconstructionanddisplayisanimportantembranchmentofthevisualizationinscientificcomputing.Especiallyinmedicalfield,itbecomesahotresearchtoday,andwecanseteyesongreatpotentialapplicationinthefuture.Inthispaper,werealizeaMedicalImage3DReconstructionsystem,whichisbasedonthe2DimagesequencessuchasCT(ComputedTomography)andMRI(MagneticResonanceImaging).Atthesametime,thetypicalSurfacerenderingarithmeticsuchasMCandotherkeytechnologiesofimageprocessingarediscussed,whicharewellrelatedtothisdesign.Forexample,ImageRegistration,ImageSegmentation,pixeldatasetconstructionandinterpolation.ThetraitsofVTK(VisualizationToolkit)andhowtouseitintheVC++programarealsointroducedinthisarticle.Atlast,itrealizesthemeasurefunctionofapieceofCTimagebyusingmatlab.Sopeoplecandotheanalysisanddiagnosisworkbetterbycombiningthisfunctiontothe3Dreconstructedimage.ThereconstructionsystemusesVC++6.0andVTK(VisualizationToolkit)asitsdevelopingtools,andit’sbasedontheWindowsXPplatform.ItusesVC++torealizethekeyalgorithmintheimageprocessing,andcallstheVTKLibraryClasstoimplementthereconstruction,display,rotationandzoom.Thiswillhelpustoobservethereconstructedimageinalldirection.Andyoucanchoosethedifferentreconstructionmethodsaccordingtoyourownneed.Thewholesystem’sdesignfollowstheGuidingideologyofobject-oriented;ithasgreatmaintainabilityandextendibility.Keywords：3Dreconstruction；VTK；Surfacemapping；ImageSegmentation；ImageRegistration；III目录摘要...............................................................ⅠAbstract.............................................................Ⅱ1绪论..............................................................（1）1.1科学计算可视化技术概论............................................（1）1.2医学图像三维重建概况..............................................（1）1.2.1国内外研究概况..........................................................（1）1.2.2医学图像三维重建的原理................................................（2）1.3医学图像三维重建的目的和意义.....................................（3）2.VTK介绍及应用程序设计...........................................（5）2.1VTK简介..............................................................（5）2.2VTK进行三维重构的技术特点.........................................（5）2.2.1VTK的框架结构..........................................................（5）2.2.2VTK绘制过程..............................................................（7）2.2.3VTK可视化模型..........................................................（8）2.2.4VTK图形处理............................................................（10）2.3VTK在VC++环境下进行三维重建......................................（12）2.3.1使用VTK处理大量数据..................................................（12）2.3.2用VTK进行CT图像重建.................................................（13）3三维重建体数据预处理的关键技术....................................（15）3.1图像平滑.............................................................（15）3.1.1Gaussiansmooth.........................................................（15）3.1.2中值滤波..................................................................（16）3.1.3开运算.....................................................................（17）3.2图像分割.............................................................（18）3.2.1全局阈值法................................................................（18）3.2.2大津法.....................................................................（19）3.3构建体数据集.........................................................（20）3.3.1图像配准..................................................................（22）3.3.2插值........................................................................（24）3.4提取所需要的等值面..................................................（27）3.5图像的旋转..........................................................（27）3.6图像的缩放..........................................................（28）IV4医学图像三维重建..................................................（29）4.1医学图像三维重建算法概述..........................................（29）4.2面绘制..............................................................（29）4.2.1边界轮廓线表示算法.....................................................（30）4.2.2移动立方体(MC)算法.....................................................（31）5医学图像三维重建系统..............................................（35）5.1功能设计.............................................................（35）5.1.1基本功能..................................................................（35）5.1.2辅助功能..................................................................（35）5.2系统结构.............................................................（36）5.3重建系统程序流程....................................................（36）5.4系统界面..................