三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)體繪制的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化在醫(yī)學(xué)影像的診斷與治療以及生物醫(yī)學(xué)研究中起到越來越關(guān)鍵的作用。其主要作用是幫助臨床醫(yī)生或研究人員直觀的看到并了解生物體內(nèi)部的情況，尤其是他們感興趣的組織或結(jié)構(gòu)的相互連接關(guān)系和幾何形狀大小。相比于傳統(tǒng)的二維切片顯示，三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的可視化為用戶提供了更加逼真的顯示手段和定量的分析工具，便于用戶從多角度、多層次的觀察分析醫(yī)學(xué)影像，在輔助診斷、引導(dǎo)治療等方面都有著廣泛的應(yīng)用。
　

2、　三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化常用的一種方法是直接體繪制，傳輸函數(shù)是直接體繪制中最重要的步驟之一，它把三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)中每個(gè)體素的數(shù)值特征映射成為光學(xué)特征，如顏色和不透明度，實(shí)現(xiàn)具有真實(shí)感的三維圖像繪制。傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)的好壞決定了可視化的質(zhì)量的高低。
　　本文的主旨在于研究高效的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法和體繪制交互方法，其目的都是避免復(fù)雜的交互式傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)，提升醫(yī)學(xué)體繪制的效率。經(jīng)典的基于邊界的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)，如f-|▽f|二維統(tǒng)計(jì)直方圖和LH二維統(tǒng)

3、計(jì)直方圖，能夠快速的聚類和提取不同的邊界。然而，這兩種方法在噪聲干擾下，直方圖中邊界的聚類變得模糊，這導(dǎo)致邊界提取不完整和用戶交互復(fù)雜。由于各個(gè)角度體數(shù)據(jù)的投影不同，需要調(diào)節(jié)傳輸函數(shù)來使得感興趣的組織或結(jié)構(gòu)得到突出顯示。然而，體繪制參數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)于沒有先驗(yàn)知識(shí)的普通用戶來說，是一個(gè)反復(fù)嘗試而且耗時(shí)的過程。針對(duì)上述問題，本文從基于邊界的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)和體繪制參數(shù)的調(diào)節(jié)兩個(gè)方面，對(duì)上述算法進(jìn)行改進(jìn)，提升了邊界提取的可靠性和用戶交互的高效性。

4、r>　　1、針對(duì)CT圖像，本文提出了一種基于動(dòng)態(tài)的統(tǒng)計(jì)直方圖的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法。一方面，我們建立了一個(gè)通用的受噪聲干擾的邊界模型;另一方面，在此基礎(chǔ)之上，提出了一個(gè)新的基于邊界中值(M)、邊界高度(△h)和梯度(|▽f|)的多維傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法。和傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)直方圖呈現(xiàn)所有的邊界信息不同，提出的動(dòng)態(tài)直方圖方法每次只顯示一種邊界。另外，還提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的邊界迭代提取策略:首先把所有邊界按照邊界高度由高到低排序，用戶控制△h的值由大到小直到有

5、一個(gè)豎條出現(xiàn)在M-|▽f|直方圖中，邊界會(huì)被依次提取直到△h變?yōu)?。得益于這個(gè)迭代提取策略，邊界間的誤分和受噪聲干擾得以降低;此外，由于區(qū)域消除和區(qū)域擴(kuò)張的進(jìn)一步運(yùn)用，繪制質(zhì)量得以提高。
　　2、本文亦提出了一種所選即所得(what materialyou pick is what boundaryyou see)邊界體繪制傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法。不同于傳統(tǒng)的直方圖的邊界傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法是利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)聚類實(shí)現(xiàn)的，首先提出了以用戶為中心的

6、邊界提取的準(zhǔn)則和基于這個(gè)準(zhǔn)則改進(jìn)的邊界模型，然后提出了一個(gè)所選即所得的邊界傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法。一方面，用戶可以通過直接選擇感興趣的組織或結(jié)構(gòu)來傳遞語義信息;另一方面，采用三維Canny邊緣檢測(cè)算子來確保邊界位置的可靠性。最后，建立了一個(gè)點(diǎn)到物體(point-to-material)的距離度量來確保邊界的準(zhǔn)確性和完備性。整個(gè)基于邊界的傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法都是直接在三維圖像上進(jìn)行操作，設(shè)計(jì)過程具有很好地直觀性、實(shí)時(shí)性和精確度。
　　3、直接

7、體繪制把三維物體壓縮成二維圖像會(huì)造成深度信息的損失，這種損失主要表現(xiàn)為物體的遮擋。為了快速調(diào)節(jié)傳輸函數(shù)參數(shù)使得感興趣的組織或結(jié)構(gòu)能在各個(gè)角度都能有清晰突出的顯示，本文首先提出可視比率(visibility ratio)和遮擋向量(occlusion vector)兩個(gè)定量描述遮擋的概念，這兩個(gè)概念都是直接來源于離散體繪制算法的推導(dǎo)。其次提出了一個(gè)交互式的線性反饋機(jī)制來調(diào)節(jié)傳輸函數(shù)的參數(shù)。整個(gè)反饋機(jī)制與經(jīng)典的α顏色混合非常類似，用戶可以定