医学影像三维重建系统的研究与实现

作     者：翟争峯 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒲立新

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：三维重建 VTK 自动去骨算法 GPU DCMTK 

摘      要：医学影像三维重建是将二维的医学序列图像通过计算机可视化技术重建成三维的立体图像并直观地显示在屏幕上,为用户提供一系列交互功能的技术。目前医学影像三维重建的最新研究成果已经被应用于医疗诊断、医学教学、模拟手术和引导治疗等方面,尤其在医疗诊断方面,因其能提供真实的三维医学影像,使得医生能够从多个角度、多个层次对其感兴趣的病灶区域以及其他组织器官进行定量和定性分析,大大提高了医生诊断的准确率,为医生的诊断和治疗提供了有力的支撑。然而当前在医学影像三维重建过程中仍存在重建效果不理想、重建速度慢、交互不流畅、部分病灶或组织提取不准确等问题,因此对医学影像三维重建的研究仍具有重要的价值,其也是现阶段医学影像可视化领域的研究热点。本文的主要目标是在Windows7 64位系统下实现一套64位医学影像三维重建系统,着力于解决如何提高系统的吞吐量、如何提高重建效果、如何加快重建及交互速度、如何提高图像感兴趣区域提取的准确性等问题。本文通过深入研究医学影像DICOM标准、数字图像处理技术和三维重建技术,结合VTK可视化工具包和DCMTK软件开发包实现了医学影像三维重建系统。本文主要内容如下:1、深入研究并介绍了医学图像DICOM标准、DCMTK开发包和VTK可视化工具包,并对在三维重建中扮演着重要角色的体绘制技术进行了详细的剖析,然后对图形处理单元GPU的架构和渲染管线进行了系统的学习。2、研究了数字图像处理技术,重点详述了图像分割技术,为了准确有效的提取头部的血管,同时为了提高数据的重建速度,提出了一种自动去骨算法,并对此算法的效果和效率进行了实验分析。3、深入研究了图形处理单元(GPU)的工作原理和特性,详细介绍了体绘制技术中的光线投影算法,基于此研究并实现了基于GPU加速的光线投影算法,并对该算法的执行效率与传统的光线投影算法进行了实验分析比较。4、结合VTK可视化工具包和MFC开发平台开发了一套64位医学影像三维重建系统,实现了对压缩和非压缩图像的读取和显示、DICOM文件信息提取、头部一键去骨、体绘制及其可交互传递函数模块的设计、面绘制及其可交互属性模块的设计、三维影像的显示、旋转、缩放、移动等功能,最后对医学影像三维重建系统的功能效果、执行效率以及稳定性进行了大量的实验分析和图片展示。