基于VTK和ITK环境的超声图像三维重建

背景：医学图像的三维模型，能够准确的三维结构在临床诊断上凸显重要性。 目的：对连续多帧的超声图像进行三维结构重建。 方法：利用可视化工具VTK和图像的配准分割工具ITK，在VC++的平台下，采取直接体绘制的方法，对连续多帧的DICOM医学超声图像进行了三维重建，并且用户可以利用鼠标与图片进行交互，实现任意角度的旋转。 结果与结论：合成体绘制在重建中的效果较优，相对而言更适合超声图像的三维重建。     

医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景：VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。 目的：介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。 方法：基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C++ 6.0 IDE开发工具,使用C++语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。 结果与结论：基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

医学图像可视化及加速技术的研究进展和趋势****☆

摘要：近年来图像可视化技术蓬勃发展,相应的各种加速算法也层出不穷,本文将尝试就此内容进行综述和概括。首先介绍可视化技术的两大分支——面绘制和体绘制的含义和主要特点;其次详细介绍体绘制技术中一些典型算法的基本原理及各自特点;然后分别从软件和硬件角度归纳体绘制技术中常用的加速技术;最后展望医学图像可视化及加速技术的发展趋势。     

Visualization Toolkit软件在医学图像三维可视化中的应用

医学图像的可视化已成为基础医学研究和临床辅助诊断、治疗的重要手段,用计算机构建高度精密的人体各部位的三维模型已成为目前医学研究和疾病诊疗方法进一步发展的重要基础。Visualization Toolkit(VTK)作为一款流行的科学可视化软件,具有方便、高效的编程特点。采用VTK结合VC++实现医学图像三维可视化,分别采用Contour-connecting算法、Marching Cubes算法和Ray-casting算法进行了头部的三维绘制。结果证明VTK使用灵活,功能强大,具有重建步骤简单、速度快、交互能力强等优点,可以被广泛应用于医学图像的三维重建中。     

数字化人体大脑结构分割及三维重建

目的 建立人体大脑三维数字化可视模型，为脑外科手术计划的制定及在计算机上实现大脑精确模拟提供解剖学框架。方法 从中国数字化可视人体数据集中选取一男一女2套头部薄层连续横断面图像，对大脑主要结构进行半自动分割，并采用面绘制与体绘制相结合的方法进行三维重建。结果 获得一男一女2套大脑主要结构被精细分割的头部薄层断面数据集，对大脑灰质和白质、基底核团、脑室及海马等结构进行了三维重建。重建结构可多结构、多色彩模式显示，可在三维空间绕任意轴旋转，可对三维结构进行任意缩放及透明显示。结论 面绘制与体绘制相结合的重建方法克服了面绘制缺乏内部解剖信息，过于模式化的缺点，为三维重建提供了一种新的研究方法。重建的大脑及内部主要结构真实、逼真，再现了各结构的自然形态及在空间中的确切位置，提供了一个初步的大脑数字解剖学模型，也为自动分割算法的研究提供了精细的模板。     

医学图像的零树小波编码

背景：医学数字图像必须是高质量的、高分辨率,所以数据量很大,如此巨大的数据量不利于图像存档与传输系统的运行和数字化医院、远程医疗的实现。因此,图像压缩成为图像存档与传输系统要解决的重要问题。 目的：分析零树小波变编码算法原理并编程实现对医学数字图像的压缩,使之能够满足医学图像的传输和诊断要求。 方法：应用嵌入式零树小波编码算法,探讨小波基和小波变换层数的选择,编程实现对医学数字图像的压缩。 结果与结论：选择双正交小波基对医学图像进行4层小波变换实现压缩,获得了较高的峰值信噪比,取得了较好的压缩效果。 关键词：小波变换;图像压缩;嵌入式零树小波;医学数字图像;数字化医学     

医学图像三维重建系统的关键技术研究与设计

背景：医学影像三维可视化技术将二维断层图像转化为三维图像,有利于提高医疗规划的准确性,是当今医学领域研究的热点,在诊断医学、手术规划、模拟仿真等领域都有重要的应用。 目的：利用二维医学图像序列重建出三维模型的关键技术,对可视化系统进行总体设计。 方法：首先研究现有三维重建技术,包括预处理技术,图像分割和配准可视化算法。其次给出了系统体系结构设计图,各模块中应用到各种三维重建关键技术。 结果与结论：根据现有关键技术的研究,选用OpenGL作为可视化开发工具,设计了一种基于PC机的三维医学图像可视化系统。 关键词：三维可视化;医学图像;OpenGL;关键技术;设计     

颈动脉MR图像分割和三维重建在斑块定位中的应用

背景：医学图像的三维重建在医疗诊断、实验分析中起着越来越重要的作用,它是一项复杂的任务,其中目标图像的分割是首要且重要的一步。 目的：探索对颈动脉MR图像的图像分割及三维重建方法,并探讨三维模型在颈动脉斑块定位中的应用。 方法：选择3D TOF序列图像对其进行基于最大熵原理的阈值分割,并与普通方法的结果做比较;进一步用数学形态学分割方法提取出颈动脉;进行三维重建,利用三维模型进行斑块的初步定位。 结果与结论：基于最大熵原理的阈值分割适于对颈动脉3D TOF序列图像的分割,用数学形态学分割方法进行后续分割可得到目标图像。三维重建后的模型对于斑块定位有辅助作用。     

基于Matlab距骨快速图像分割与动画生成的算法

背景：骨科手术导航是利用计算机和机器视觉技术,使医师在计算机屏幕的指导下完成接骨手术。为了后续定位工作的开展,首先必须基于CT图像序列在计算机上对下肢骨进行图像分割、三维重建和动画显示,并对其位姿进行测量。 目的：在计算机上快速自动地实现距骨图像的分割、三维可视化及动画显示,为建立新型的足部手术导航系统搭建计算机显示平台。 方法：基于足部CT图像序列,提出下列算法并采用Matlab编程实现：①基于最大熵原则对足部图像进行阈值分割以提取其中所有足部骨骼。②将形态学算法与Live-wire算法相结合快速自动地从该足部骨骼图像中分割出距骨。③利用移动立方体法对距骨表面进行三维重建。④采用图形学函数生成与显示距骨旋转的动画场景。 结果与结论：实验结果表明,上述算法准确度高且以较少的时间在普通 PC机上实现了距骨的三维可视化工作,可应用于足部手术导航的计算机显示平台中。     

基于VTK磁共振波谱多体素空间位置的配准

本文利用可视化开发工具包VTK,实现了磁共振波谱多体素和二维医学图像的三维重建,得到多体素、多体素中单个体素和图像在空间的相对位置。对MRS多体素(也称化学位移成像CSI)的空间位置配准可以使医生更精确定位大脑中的病变组织,实施更细致的诊断和治疗计划。     

体视见方法研究

目的：研究三维成像的新方法，为无创伤地再现人体器官内部结构及病灶提供一个新的途径。方法：采用体系成像技术。结果：用该方法实现了头部CT二维图像的三维体系成像。结论：基于体素的体视见方法在体视化客观事物内部方面具有传统面成像技术所无法比拟的优越性。     

双源CT结合多平面重建与容积再现三维重建技术评价肋骨骨折

背景：依靠胸部摄片诊断肋骨骨折常导致误诊和漏诊。 目的：分析双源CT结合三维重建技术在肋骨骨折中的应用价值。 方法：使用双源CT对65例肋骨骨折患者进行薄层扫描,将数据发送至工作站行多平面重建、容积再现技术,得到肋骨骨折高清晰度的三维图像后,从不同角度观察骨折线走行、骨折移位及成角情况。 结果与结论：双源CT结合三维重建图像清晰显示65例患者286根骨折,其中52例保守治疗,其余13例行切开复位、内固定治疗。制定手术方案时均参考了三维重建图像,所显示的骨折部位、移位、成角等情况与术中所见一致。提示双源CT能明确诊断肋骨骨折,多平面重建和容积再现技术互相补充对诊断肋骨骨折及指导治疗方案有明显的优势。     

人体颌骨三维模型重建及种植牙的仿真*☆

摘要：利用螺旋CT扫描技术获得的人体下颌骨扫描数据,通过与快速成型,UG/Imageware逆向工程等技术相结合,在计算机上重建一个可编辑的三维实体模型,在重建模型中分别进行体绘制、面绘制以及三维测量,并选取理想植入点,记录理想植入点坐标数据和定位点的坐标数据,并模拟牙种植手术,在UG中对其进行种植体数控仿真,将仿真结果经过坐标换算后,导入数控机床加工。在计算机上重建了一个可编辑的三维实体模型,它具有精确度高,可编辑等特点,并且可以直接用于实体的生物制造。提示结合CT三维重建技术与计算机辅助设计制造技术,让医生在术前对患者颌骨有全面的、三维方向的认识,方便医生确定手术方案,提高手术的成功率。     

生物组织传热红外热成像的三维温度场重建

背景：红外热成像技术作为新型的非接触测温方法,具有无损、快捷、方便的特点,并且可以利用计算机技术对生物组织内部温度场进行三维重构。 目的：针对肿瘤热疗过程中温度场测量与重构,提出生物组织温度场三维重建新方法。 方法：首先根据生物传热和红外热辐射信息,采用红外热成像技术非接触测量分层体模的二维温度分布信息;然后,将此温度信息转换为人眼可视的灰度图,并进行伪彩色处理,同时,利用传输函数为热像图序列的每一个像素重新分配颜色和不透明度,从而对分层体模的温度场利用体绘制光线投射算法进行三维重建。 结果与结论：实验结果表明,依据红外热辐射的原理,采用红外热像仪接受红外信息并将其转换为温度值,然后采用伪彩色显示方法,对分层体模的三维温度场进行光线投射重建,为热疗过程中生物组织内部三维温度场的测量、观测提供了新的技术手段与方法。     

Image processing for the study of brain structure and function: problems and programs.

Fundamental problems in the analysis of functional and structural imaging data include data transport, boundary identification (including manual tracing, edge detection, and tissue segmentation), volume estimation, three-dimensional reconstruction and display, surface and volume rendering, shape analysis, and image overlay. These problems require that research investigators have access to suitable methods of image analysis, implemented on a set of software programs, in order to conduct neuroimaging research. The authors describe a group of software programs designed to provide a comprehensive solution for these problems.     

Interactive 3-dimensional segmentation of MRI data in personal computer environment.

We describe a method of interactive three-dimensional segmentation and visualization for anatomical magnetic resonance imaging (MRI) data in a personal computer environment. The visual feedback necessary during 3-D segmentation was provided by a ray casting algorithm, which was designed to allow users to interactively decide the visualization quality depending on the task-requirement. Structures such as gray matter, white matter, and facial skin from T1-weighted high-resolution MRI data were segmented and later visualized with surface rendering. Personal computers with central processing unit (CPU) speeds of 266, 400, and 700 MHz, were used for the implementation. The 3-D visualization upon each execution of the segmentation operation was achieved in the order of 2 s with a 700 MHz CPU. Our results suggest that 3-D volume segmentation with semi real-time visual feedback could be effectively implemented in a PC environment without the need for dedicated graphics processing hardware.     

Three‐Dimensional Cinematic Rendering to Optimize Visualization of Cerebrovascular Anatomy and Disease in CT Angiography

Three‐dimensional cinematic rendering (3DCR) is an emerging postprocessing technique for computed tomography (CT) and CT angiography (CTA) that produces photorealistic, volumetric images. In contrast to conventional volume rendering techniques, 3DCR depicts life‐like shadowing and surface reflection, which can improve the perception of depth and complex anatomic spatial relationships. This tool allows clinical neuroimagers to study, explore, and teach the complex relational anatomy of the cerebral vessels and skull in a more intuitive manner. The purpose of this report is to introduce the physical and optical principles behind 3DCR and to explore applications of 3DCR in modern cerebrovascular imaging. Using CTA source data, we describe our approach to visualizing cerebrovascular anatomy and disease and introduce three simple, reproducible techniques through a series of case vignettes. First, we show how selective manipulation of rendered models can imitate cadaveric dissection. Next, we discuss surface rendering as a means of recapitulating the neurologic physical exam. Last, we provide a step‐by‐step method of simulating the operating room perspective in visualizing cerebrovascular disease. In our experience, 3DCR proves most useful for visualizing structures at the vessel‐skull interface, which can be difficult to assess with conventional imaging methods. 3DCR, therefore, complements traditional 2‐dimensional and 3‐dimensional imaging methods and serves as an emerging tool for neuroimagers to communicate with and educate other clinicians.     

CT重建技术在先天性颅颈交界畸形中的临床价值

目的评估CT重建技术在先天性颅颈交界畸形诊断和治疗中的应用价值。方法对30例先天性颅颈交界畸形在螺旋CT轴位扫描的基础上应用多平面重组（MPR）、容积呈现（VR）以及表面遮盖显示（SSD）加以分析。结果30例患者中28例呈多种骨性畸形，包括寰枕融合、C2．3融合、齿状突不连等，不同兴趣区域需要相宜的重建方法。结论CT重建技术能够揭示先天性颅颈交界畸形的细节特点，采用系统化分析策略可提高其临床价值。