硕士论文——规则数据场的三维医学体数据可视化研究

1、学 位 论 文规则数据场的三维医学体数据可视化研究 指导教师姓名： 教授 河北工业大学申请学位级别：硕 士学科、专业名称： 精密仪器及机械论文提交日期： 论文答辩日期: 学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人： 河北工业大学硕士学位论文规则数据场的三维医学体数据可视化研究摘要本论文针对医学体数据，从科学可视化的角度出发，通过分析大量文献，重点研究了水平集的分割算法和基于分割的三维重建方法。论文所做的主要工作及创新成果包括：1. 讨论了规则数据场、医学体数据可视化分割和三维重建技术的相关概念，分析了当前国内外的发展情况。2. 对水平集分割进行研究，提出了水平集的快速行进法和窄带法相结合的图像分割算法，从规则的医学图像中准确地提取出目标组织器官，为接下来的三维重建做基础；与此同时，根据感兴趣区的特性和其所处的环境合理选取种子点，解决分割中对种子选取的瓶颈问题。3. 根据规则的医学体数据，利用本文提出的分割方法，研究了基于分割的改进的Marching Cubes 方法和基于颜色填充的光线投影体绘制方法，用实验表明，比传统的重建方法具有较高的可视化效果。4. 仔细研究了国内外正在普遍

2、使用的 VTK(Visualization Toolkit) 和 ITK(insight segmentation and registration Toolkit)开发工具包，并用 VC+2005 实现了我们提出的分割算法和三维重建方法，给出关键代码。5. 用规则医学体数据，在 Windows 平台上，结合 ITK、VTK 研究出一套简单的医学可视化系统，该系统实现了三维显示、二维分割、虚拟切片显示、人机交互等功能，具有一定的后续研发参考价值。关键词：医学可视化，图像分割，三维重建，VTK，ITK，虚拟切片i规则数据场的三维医学体数据可视化研究RESEARCH ON VISUALIZATION OF THEREGULAR THREE-DIMENSIONALMEDICAL VOLUME DATAABSTRACTThis paper mainly studies the segmentation algorithm of Level Set and 3D reconstruction method for medical volume data through the analysis

3、of lots of documents, which from the perspective of scientific visualization. The main work and the innovative achievements include:1. Discussing the related concepts of the regular data sets, the visualization of medical data segmentation and 3D reconstruction technology, analysis of the current developments at home and abroad.2. Considering the Level Set segmentation, a image segmentation algorithm combined the Fast-marching with the Narrow-band is developed, extract the organs accurately from

4、 the regular medical images. As a foundation of the next 3D reconstruction; Meanwhile, according to the district interested in the character and the environment in which its reasonable selection of seeds, which can solve the bottlenecks of seed selection.3. According to the regular medical data, use the segmentation method proposed in this paper, a improved Marching Cubes methods based on segmentation and Ray Casting Volume Rending methods based on the color-filled are proposed. The experiments

5、show that it can be better than the traditional method of reconstruction.4. Research the VTK (Visualization Toolkit) and ITK (insight segmentation and registration Toolkit) which widely used at home and abroad, then achieve our segmentation algorithm and the 3D reconstruction methods with VC + +2005, given the key code.5. Using the regular medical volume data and the Windows platform, a simple medical visualization system is developed. The system achieved the functions of 3D visualization, 2D se

6、gmentation, virtual slices human-computer interaction and etc. It has some value of Follow-up research.KEY WORDS: medical visualization, image segmentation, 3D reconstruction, VTK, ITK, virtual sliceii河北工业大学硕士学位论文目录第一章 绪论11-1 引言11-2 介绍医学对象11-1-1 根据医学对象的表现形式分类11-1-2 主要研究的医学对象21-3 医学图像分割与体数据可视化研究意义21-4 国内外研究现状与分析31-4-1 国外针对可视化31-4-2 国内针对可视化31-5 本论文主要工作及创新4第二章 医学图像分割方法概述62-1 图像分割的意义62-2 目前常用的医学图像分割方法概述62-2-1 基于区域的图像分割62-2-2 基于边缘的图像分割72-2-3 基于模型的图像分割82-2-4 基于数学形态的图像分割82-2-5 基于模糊技术的图像分割82-2-6 基于神经网络的图像分割82-2-7 基于知识的图像分割82-3 目前医学图像分割算法中存在的问题9第三章 规则数据场的医学图像分割算法研究103-1 引言103-2 水平集方法103-2-1 水平集理论103-2-2 窄带法（Narrow Band Method）123-2-3 快速行进法(Fast Marching Method)133-3 分割与配准开发工具包（ITK）143-4 基于 ITK 的一种改进的分割方法143-4-1 水平集的快速行进法和窄带法相结合的方法153-4-2 算法实现与实验结果173-5 合理选取种子分割肺部肿瘤183-5-1 根据肿瘤特征183-5-2 根据肿瘤所处的环境193-5-3 结论20第四章 规则数据场的三维医学体数据可视化21iii规则数据场的三维医学体数据可视化研究4-1 医学体数据三维可视化概念及方法.214-1-1面绘制技术.214-1-2体绘制技术.214-2 医学可视化研究的内容.224-3 可视化工具包 VTK 简介.224-3-1 VTK 的架构与特点.224-3-2 VTK 的对象.234-3-3 VTK 中常用的概念和重建的主要类库.

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