醫(yī)學數(shù)據(jù)三維交互可視化方法的研究.pdf

1、隨著醫(yī)學影像學和臨床醫(yī)學逐步向精細化發(fā)展，對醫(yī)學影像進行更直觀、全面分析的要求越來越迫切?？梢暬夹g可以在計算機上營造出直觀、真實的三維治療場景，因此可極大地提高診斷的效率和準確性。由于臨床應用中，對于最終三維模型質(zhì)量的要求較高，但對其可視化所需計算量通常較大，在普通微機上難以同時兼顧可視化模型的質(zhì)量和交互速度；某些診斷和治療過程中存在風險，其根本原因在于事先無法較好地觀察到病人體內(nèi)的組織間的三維關系；對于大數(shù)據(jù)量的醫(yī)學圖像序列，在目前

2、條件下對其交互所需的硬件配置較高，一定程度上阻礙了該技術在醫(yī)療領域的普及應用。
　　針對上述問題，本文提出了醫(yī)學圖像在普通微機進行快速三維可視化交互的解決方案。文中圍繞醫(yī)學數(shù)據(jù)可視化中增強三維模型真實感方法、三維醫(yī)學數(shù)據(jù)任意切面的定位與提取方法、醫(yī)學體數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的動態(tài)分離方法以及大數(shù)據(jù)量醫(yī)學數(shù)據(jù)在普通微機的交互等技術進行深入研究，實現(xiàn)了一個硬件配置需求低、重建質(zhì)量較高、有著較好交互性的醫(yī)學數(shù)據(jù)三維可視化分析平臺。具體研究內(nèi)容如下

3、：
　　在提高成像質(zhì)量方面，文中在利用硬件紋理特性完成對可視化過程加速的同時，引入了對光照效果的模擬。為了避免光照時復雜的頂點向量計算，將光照模型進行幾何分解，轉(zhuǎn)化為視線方向和光照方向的合成計算，并將該結(jié)果利用圖形硬件的幀緩存操作和混合計算來近似模擬。該方法在提高成像三維真實感的同時，也能在一定程度上保證交互速度，使得在普通微機上能實現(xiàn)更具真實感的交互可視化。
　　在醫(yī)學數(shù)據(jù)的三維交互方面，將可視化技術和切面提取方法相結(jié)合，

4、通過分析任意切面與三維醫(yī)學數(shù)據(jù)的幾何關系，在完成體繪制的同時構建出實時的三維數(shù)據(jù)的交互分析場景。利用虛擬交互設備和紋理映射技術，實現(xiàn)了對醫(yī)學數(shù)據(jù)的動態(tài)剖切和切面間空間關系的展示，從而構建了一個逼真的虛擬診斷場景。
　　在內(nèi)部信息動態(tài)分離方面，從經(jīng)典的體繪制傳遞函數(shù)理論出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代圖形硬件的特點，推導出一種透視分離效果更好的傳遞函數(shù)模型。同時，在推導過程中提取出用于交互的參數(shù)接口，并用其實現(xiàn)了對可視化模型的實時調(diào)節(jié)，在保證交互性的

5、同時，使得隱藏于數(shù)據(jù)間的組織得以更好地分離。
　　在大數(shù)據(jù)量醫(yī)學數(shù)據(jù)交互方面，根據(jù)普通微機吞吐量有限以及現(xiàn)代顯卡的特點，利用樹形結(jié)構和紋理映射技術，在普通微機上實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)量體數(shù)據(jù)的多精度重建。依靠八叉樹結(jié)構和顯卡的硬件加速功能，將體數(shù)據(jù)劃分為不同精度的數(shù)據(jù)塊，打破了大數(shù)據(jù)顯示時顯存與內(nèi)存間容量和帶寬的限制，通過交互策略動態(tài)遍歷該樹，實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)量體數(shù)據(jù)快速交互。本方法可有效降低大數(shù)據(jù)量醫(yī)學數(shù)據(jù)可視化對于硬件的需求，使得在較低配置