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＋＋6.0IDE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。     

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。     

基于Visualization Toolkit的脑模型三维重建方法研究

目的利用可视化工具包VisualizationToolkit(VTK)结合VC++实现医学图像三维可视化。方法基于头部CT测量数据,采用MarchingCubes算法和Raycasting算法重建出头模型的表皮和颅骨。结果和结论VTK使用灵活,功能强大,利用它进行图像重建,具有重建步骤简单、效果好、速度快、交互能力强等优点,可以被广泛应用于医学图像的重建中。     

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。     

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.     

基于VTK软件的结直肠段三维数字可视化

背景:将二维断层图像序列转变为具有直观立体效果的图像,展现人体器官的三维结构与形态,提供传统手段无法获得的解剖结构信息,是医学数据场可视化的基本任务.目的:利用医学图像的三维可视化技术,建立肠道切片数据的三维可视化模型,为口服胶囊机器人在肠道中的空间位置跟踪研究、粪便嵌塞性肠梗阻情况下肠道承受水压冲洗能力的数值模拟研究提供肠道的几何空间结构参考依据.方法:医学图像切片可视化的一般过程,包括图像获取、配准、三维面绘制重建,以及在Visual C++中利用VTK软件实现三维数字可视化.结果与结论:利用VTK软件,实现了结直肠的三维数字可视化,可实现结直肠三维图像的旋转、缩放、平移,并将其集成到MFC图形用户界面中.实际得到的三维可视化模型可为口服胶囊机器人在肠道中的空间位置跟踪研究、粪便嵌塞性肠梗阻情况下肠道承受水压冲洗能力的数值模拟研究提供图像参考依据.     

基于医学图像的三维模拟手术

目的 对实现三维模拟手术的关键技术进行研究,构建基于医学图像的三维模拟手术平台. 方法在VC++平台下,使用三维分割算法对体数据进行分割,结合VTK对读入的体数据进行交互式三维重建和虚拟切割,并对各种虚拟切割方式的性能进行分析. 结果实现了医学CT/MR图像的交互式三维重建、虚拟手术刀切割以及虚拟手术规划. 结论该系统可以辅助医生对手术过程进行模拟,为医生观察三维人体组织器官结构及病灶部位,实施辅助手术提供有力的帮助.     

VisualizationToolkit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I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。VisualizationToolkit（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、MarchingCubes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。     

基于ITK和VTK方法的超声血管图像三维重建

医学图像三维重建是利用二维图像序列重建出三维模型,提供直观的视觉信息,供医务工作者参考.大多数重建都是利用CT图像序列进行重建,对超声图像的重建研究很少.文章首先介绍ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit)和VTK(The Visualization Toolkit),接着利用ITK和VTK进行了超声图像的三维重建,最后给出了实验结果,重建结果表明,利用ITK、VTK和改进的Herman插值法,超声血管图像可以获得很好的重建效果.     

计算机辅助医学图像三维重建的算法分析

背景:三维重建技术是采用计算机技术对二维医学图像进行边界识别,重新还原出被检组织或器官的三维图像.目的:分析在不同情况下进行医学图像三维重建时如何进行算法的选择.方法:采用计算机检索中国期刊全文数据库和Pubmed 数据库.中文检索词为"医学图像,三维重建,面绘制,体绘制",英文检索词为"medical images,three-dimensional reconstruction,surface rendering,volume rendering".检索与医学图像三维重建算法相关的文献33篇,从面绘制重置方法和体绘制重置方法的实现原理、实现复杂度、实时显示情况等方面进行分析.结果与结论:目前,医学图像三维重建根据绘制过程中数据描述方法的不同可分为三大类:面绘制方法、体绘制方法和混合绘制方法.通过对面绘制和体绘制方法中不同算法的分析,可以看到面绘制方法在算法效率和实时交互性上是优于体绘制的,虽然面绘制方法在绘制时候会丢失许多细节,使得绘制图像效果不理想,但是由于其算法比较简单,占用内存资源少,所以目前得到了广泛的运用.体绘制方法是对体数据场中的体素进行直接操作,可以绘制出三维数据场中更丰富的信息,因此体绘制方法的绘制效果优于面绘制方法.     

MRI和MSCT对颅内病变的比较诊断

目的：比较多层螺旋CT（MSCT）和MRI在中枢神经系统某些疾病诊断方面的不同价值。材料和方法：常规MRI检查仍有诊断疑问而行MSCT三维成像检查的5例病例。MSCT采集层厚0．5mm或1．0mm,重建间隔0．5mm,螺距：3．5或5．5,图像后处理包括多平面重建（Multiple Planar Reconstruction,MPR)和遮羔容积重建（ShadedVolume Rendering,SVR)。结果：全部病例的MSCT图像,除得到MRI的诊断信息外,另有新增诊断信息而得到临床确诊。MSCT在中枢神经系统形态学诊断方面相对于MRI的优势有：显示肿瘤钙化和继发颅底骨质改变,空间分辨高,利于显示微细构造以及增强检查同时观察血管和其他组织结构。结论：MSCT检查在某些中枢神经系统病例优于MRI检查。     

螺旋CT三维重建在髋关节外伤检查中的价值

目的探讨螺旋CT三维重建在髋关节外伤临床检查中的价值。方法回顾分析30例髋关节外伤均经多排螺旋CT按照骨盆常规扫描条件进行容积扫描的病例。男18例,女12例,年龄28～72岁。扫描后再行薄层图像重建,然后利用后处理软件MPR、SSD及VR分别对髋关节进行成像。结果全组病例三维重建均显示良好,髋臼骨折22例、股骨头骨折3例、脱位伴骨折5例。MPR显示骨折30例,显示碎骨片23例。SSD显示骨折26例,显示碎骨片18例。VR显示骨折18例。结论多排螺旋CT三维重建是一种显示髋关节形态的最佳方法,及其强大的后处理功能在外伤性髋关节脱位的诊断中具有极高的临床价值,并日益成为最常用的首选检查方法。     

CT三维重建在口腔颌面部疾患中的应用

目的:探讨螺旋CT三维重建对口腔颌面部疾病诊治的临床应用价值。方法:对17例患者进行螺旋CT扫描,层厚2mm,应用表面遮盖显示法和多层面重建技术进行三维图像重建,用不同的旋转轴观察不同的三维病变图像。结果:螺旋CT三维重建能清楚显示病变的立体解剖图像及其与周围结构的关系,为手术设计和指导治疗提供了客观依据。结论:螺旋CT三维重建有利于明确病变的范围及与周围结构的关系,有利于手术方案的设计和实施。     

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3DTOF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3DTOF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。     

MSCT冠状动脉成像与冠状动脉造影的对比研究

目的 :研究MSCT在冠状动脉成像中的临床应用价值。方法 :4 0例疑冠状动脉狭窄者行MSCT扫描 ,利用最大密度投影 (MIP)重建 ,2D重建 ,仿真内窥镜技术 ,了解冠状动脉病变情况 ,并与冠状动脉造影对比。结果 :4 0例 16 0支血管经MSCT成像 ,134支 (84 % )可用于影像学评价 ,2 6支 (16 % )不能评价。冠状动脉造影发现狭窄 4 6支 ,其中左前降支 (LAD)病变 18支 ,回旋支 (LCA)病变 12支 ,左主干 (LMA) 3支 ,右冠 (RCA)病变 13支。MSCT发现狭窄 4 1支 ,其中左前降支病变 14支 ,回旋支病变 12支 ,左主干病变 3支 ,右冠病变 12支。敏感性为 82 .6 % (38/ 4 6 ) ,特异性 97.3% (111/ 114 )。结论 :在控制心率的情况下 ,MSCT可作为冠状动脉狭窄的一种无创筛选检查方法。     

Three-Dimensional Echocardiography in Adult Patients: Comparison Between Transthoracic and Transesophageal Reconstructions

BACKGROUND: Three-dimensional (3D) echocardiography is a relatively new technique typically implemented with transesophageal imaging with multiplane transducers. OBJECTIVES: The goals of this study were (1) to test the feasibility of 3D reconstruction with a new transthoracic multiplane transducer in adult subjects with excellent quality of 2-dimensional images and (2) to compare these reconstructions with those obtained in the same patients with the transesophageal approach. METHODS: Transthoracic multiplane image acquisition was performed in 37 patients who were selected on the basis of the quality of their 2-dimensional images. In addition, transesophageal acquisition was also performed in 19 of 37 patients. Three-dimensional reconstruction of mitral and aortic valves was performed. Three-dimensional images were reviewed, and the visualization of various anatomic features was graded. RESULTS: The reconstruction of 25 mitral valves and 16 aortic valves, normal and pathologic, was feasible and resulted in visualization of anatomic detail. Score indexes of all valvular characteristics studied were not significantly different when transthoracic and transesophageal reconstructions were compared. CONCLUSIONS: Transthoracic 3D echocardiography with a multiplane transducer in adult patients with good acoustic windows is feasible. This technique will allow easy noninvasive serial assessment of valvular pathophysiologic characteristics.     

3D prostate model formation from non-parallel 2D ultrasound biopsy images

Biopsy of the prostate using 2D transrectal ultrasound (TRUS) guidance is the current gold standard for diagnosis of prostate cancer; however, the current procedure is limited by using 2D biopsy tools to target 3D biopsy locations. We propose a technique for patient-specific 3D prostate model reconstruction from a sparse collection of non-parallel 2D TRUS biopsy images. Our method conforms to the restrictions of current TRUS biopsy equipment and could be efficiently incorporated into current clinical biopsy procedures for needle guidance without the need for expensive hardware additions. In this paper, the model reconstruction technique is evaluated using simulated biopsy images from 3D TRUS prostate images of 10 biopsy patients. All reconstructed models are compared to their corresponding 3D manually segmented prostate models for evaluation of prostate volume accuracy and surface errors (both regional and global). The number of 2D TRUS biopsy images used for prostate modeling was varied to determine the optimal number of images necessary for accurate prostate surface estimation.     

Three- and four-dimensional reconstruction of intra-cardiac anatomy from two-dimensional magnetic resonance images

The present study was designed to evaluate the feasibility and clinical usefulness of three-dimensional (3D) reconstruction of intra-cardiac anatomy from a series of two-dimensional (2D) MR images using commercially available software. Sixteen patients (eight with structurally normal hearts but due to have catheter radio-frequency ablation of atrial tachyarrhythmias and eight with atrial septal defects (ASD) due for trans-catheter closure) and two volunteers were imaged at 1T. For each patient, a series of ECG-triggered images (5 mm thick slices, 2–3 mm apart) were acquired during breath holding. Depending on image quality, T ₁- or T ₂-weighted spin-echo images or gradient-echo cine images were used. The 3D reconstruction was performed off-line: the blood pools within cardiac chambers and great vessels were semi-automatically segmented, their outer surface was extracted using a marching cube algorithm and rendered. Intra- and inter-observer variability, effect of breath-hold position and differences between pulse sequences were assessed by imaging a volunteer. The 3D reconstructions were assessed by three cardiologists and compared with the 2D MR images and with 2D and 3D trans-esophagal and intra-cardiac echocardiography obtained during interventions. In every case, an anatomically detailed 3D volume was obtained. In the two patients where a 3 mm interval between slices was used, the resolution was not as good but it was still possible to visualize all the major anatomical structures. Spin-echo images lead to reconstructions more detailed than those obtained from gradient-echo images. However, gradient-echo images are easier to segment due to their greater contrast. Furthermore, because images were acquired at least at ten points in the cardiac cycles for every slice it was possible to reconstruct a cine loop and, for example, to visualize the evolution of the size and margins of the ASD during the cardiac cycle. 3D reconstruction proved to be an effective way to assess the relationship between the different parts of the cardiac anatomy. The technique was useful in planning interventions in these patients.     

螺旋CT三维重建对颌面骨骨折的诊断价值

目的：通过比较螺旋CT二维图像（薄层横断面与多平面重建MPR）与三维图像（SSD）诊断颌面骨骨折的准确性，探讨三维图像的临床应用价值。材料与方法：对28例颌面骨骨折患者行螺旋CT薄层横断面扫描，MPR及表面遮盖法三维重建（SSD）。结果：螺旋CT三维图像对于显示骨折的位置，类型，范围，不规则骨折线的走行及骨折块移位的情况可提供更多信息。二维图像对于显示细微骨折及深部骨折优于三维图像。结论：二维图像是诊断颌面骨骨折的基础，三维图像可较为直观的显示骨折的全貌及空间位置关系，有较大的临床价值。二者结合是颌面骨骨折的最佳检查方法。