基于直接體繪制技術(shù)的醫(yī)學(xué)圖像三維可視化方法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)三維可視化技術(shù)從構(gòu)形單元上可以分為基于面片的面繪制算法和基于體素的體繪制算法。面繪制算法通過生成面片來擬合物體表面，繪制結(jié)果只能展現(xiàn)人體組織表面信息，而無(wú)法表達(dá)數(shù)據(jù)場(chǎng)中深層次人體組織的三維結(jié)構(gòu)；直接體繪制算法通過體素單元來構(gòu)造繪制對(duì)象，在數(shù)據(jù)場(chǎng)中完整的保留了人體組織三維信息，但是在繪制過程中難以恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置阻光度傳遞函數(shù)（Opacity Transformer Function，OTF）解決體素點(diǎn)相互遮擋的問題，所以直接體繪制算法的繪

2、制結(jié)果往往也只能展現(xiàn)人體組織表面的三維結(jié)構(gòu)。在超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)的三維可視化研究中，由于超聲圖像本身所具有的較大的Speckle噪聲、較低的動(dòng)態(tài)范圍、相當(dāng)寬度的模糊邊界區(qū)域等特點(diǎn)，使得超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)的三維重建十分困雄，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)三維可視化技術(shù)都需要對(duì)原始超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行各種預(yù)處理才能完成后續(xù)的重建工作，否則難以得到有意義的繪制結(jié)果。 本文改進(jìn)了Levoy提出的直接體繪制算法，以擴(kuò)展直接體繪制技術(shù)在醫(yī)學(xué)三維可視化中的運(yùn)用。針對(duì)MRI數(shù)據(jù)場(chǎng)，本文通

3、過簡(jiǎn)單的分段線性函數(shù)來構(gòu)造OTF，繪制過程中將人體組織處理為一種半透明的物質(zhì)，繪制結(jié)果能同時(shí)展現(xiàn)人體組織不同層次的解剖學(xué)結(jié)果；針對(duì)超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)，本文利用OTF來減少Speckle噪聲對(duì)采樣光線的劇烈衰減，在不需要對(duì)原始數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行任何預(yù)處理的情況下完成對(duì)超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)的三維重建工作，簡(jiǎn)化了超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)三維可視化復(fù)雜的預(yù)處理過程。 在人體頭部MRI數(shù)據(jù)場(chǎng)的醫(yī)學(xué)三維可視化研究中，首先，根據(jù)導(dǎo)致采樣光線衰減的兩類主要原因：界面對(duì)光線的反射和物質(zhì)

4、本身對(duì)光線的衰減，將數(shù)據(jù)場(chǎng)劃分為邊界不豐富的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)場(chǎng)和邊界豐富的復(fù)雜數(shù)據(jù)場(chǎng)，并采用簡(jiǎn)單的分段線性函數(shù)來構(gòu)造OTF；其次，將數(shù)據(jù)場(chǎng)中低灰度體素點(diǎn)看為一種不發(fā)光但會(huì)導(dǎo)致采樣光線衰減的物質(zhì)；最后，根據(jù)采樣結(jié)束時(shí)采樣光線的阻光度的整體分布來調(diào)整OTF，完成最終圖像的繪制。試驗(yàn)中繪制了128×128×140的測(cè)試數(shù)據(jù)場(chǎng)和128×128×41的人體頭部MRI數(shù)據(jù)場(chǎng)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)場(chǎng)的繪制，可以看到三個(gè)層層嵌套的半透明立方塊；對(duì)頭部數(shù)據(jù)場(chǎng)的繪制，可以看

5、到人體頭部整體成為了半透明的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了不同層次的組織同時(shí)可見的醫(yī)學(xué)三維整體可視化效果。 在人體心臟超聲數(shù)據(jù)場(chǎng)動(dòng)態(tài)三維重建的研究中，本文通過分析超聲體數(shù)據(jù)場(chǎng)的灰度直方圖和梯度值直方圖，估計(jì)疊加在非組織區(qū)域噪聲體素點(diǎn)的灰度分布范圍以及這些體素點(diǎn)的梯度值分布范圍，并以此作為指導(dǎo)信息來設(shè)置OTF，使得采樣光線不會(huì)被數(shù)據(jù)場(chǎng)中散布的噪聲而很快的衰減。試驗(yàn)中本文繪制了人體心臟在一個(gè)心動(dòng)周期中的動(dòng)態(tài)三維圖像，繪制結(jié)果表明本文提出的算法能在一定