医学图像高级数据应用平台的设计与开发文献综述

 2022-11-21 16:08:25
  1. 文献综述（或调研报告）：

医学图像中的三维可视化

摘要： 医学图像可视化已成为辅助诊断和治疗的重要手段，其技术也成为近年来研究和应用的热点。本文着重介绍了医学图像中的三维可视化。

关键词：三维可视化 面绘制 体绘制

前言

在生活中，人们常常处于一个信息爆炸的场合，面对茫茫的数据海洋而不知所措，难以把握数据中隐含的有用信息。可视化就是在这种背景下发展起来的，它的本质就是将数据转换成图形这种易于被人接受和理解的形式。在医学领域中，三维可视化已经越来越受到重视，随着医学图像可视化技术的不断发展，它法为临床存在的许多问题提出了新的解决方案。

  1. 概述

从100年前物理学家伦琴发现X射线到电子计算机的广泛应用，一个以X-CT为代表的医学图像与计算机技术相结合的新时代正展现在我们面前。CT打破传统胶片感光成像模式，通过计算机重构人体器官或组织的图像，使医学图像从二维走向三维，使人民从人体外部可以看到内部。

而医学图像的三维可视化就是通过计算机图形学和图像处理技术，将医学图像数据在三维空间中生成立体图像的过程。医生可以通过人机交互，对图像进行缩放，旋转，位移等一系列操作，在屏幕上形象逼真地显示其中的复杂结构，从而帮助医生做出准确的判读和制定正确的手术计划。

  1. 三维可视化中的实现
  2. 数据来源

体数据的来源有两种：一种是科学计算机得到的三维数据场，如有限元分析或树枝模拟得到的体数据；另一种是通过实验设备得到的数据，如通过CT扫描或MR核磁共振得到的反映人体器官的医学数据集。为了能够将体数据转换成直观的三维模型，人们提出了许多体视化的方法。大致分为两类

  1. 面绘制

面绘制是指体表面的重建，也即由切片数据集提供的三维数据中抽取等值面，然后再用传统的图形学技术实现表面绘制，虽然可以有效地绘制三维体的表面，但是缺乏内部信息的表达。它的基本思想是提取物体的表面，再用绘制算法根据光照模型消隐和渲染后得到显示图像。在计算机图形学领域，面绘制算法发展到今天已经相当成熟，并可以利用专门的图形加速硬件和加速绘制过程。表面绘制方法所处理的数据仅仅是整个体数据的一小部分。它适用于表面特征分明的组织和器官（如人体骨骼）。由于其形象清晰，在一定程度上可以代替实物模型。但是因为其对表面分割精度准群程度要求高，所以对于一些形状特征不明显，有亮度变化特性的软组织，血管等精细组织和器官表现效果不佳。

  1. 体绘制

与面绘制不同,体绘制任务体数据场中每个体素都有一定的属性,通过计算所有体素对光线的作用得到三维投影图像。与传统图形显示方法的思想不同，基于体素的绘制是在不构建物体表面几何描述的情况下支架对体数据进行显示，是对三维离散数据场的重采样和图像合成的过程。体绘制首先要对每个体素赋予透明度和颜色，再根据各体素所在点的灰度梯度和光照模型计算出相应体素的光照强度，生成结果图像。其好处在于包留了三维医学图像中的细节信息，缺点是加大了计算开销。

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