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.     

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.     

基于ITK、VTK和MFC的DICOM图像读写及显示

背景：DICOM文件不仅包含了图像本身的信息,同时在文件头中还携带了大量的医疗相关信息,这使得DICOM标准图像的正确读写和显示工作变得尤为重要。目的：有效地综合利用工具包和开发平台的优点,借以达到一个实现DICOM标准图像的正确读写和显示。方法：首先将ITK工具包、VTK工具包与MFC深度集成,然后在该集成环境下利用这两个工具包所提供的类和函数读写和显示DICOM文件。结果与结论：在ITK、VTK与MFC深度集成环境下,通过其所提供给用户的一个灵活、友好、实用的交互界面,采用文中所述具体的方法实现了DICOM图像文件的正确读写及显示,为三者集成环境下的软件开发做了一个初步的尝试,为在此基础之上三者在医学图像处理方面更多功能的实现打下良好的基础。     

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磁共振波谱多体素空间位置的配准

背景:磁共振波谱因其非侵入性和无创性,目前已被广泛应用于生物医学研究和临床应用,尤其是对脑肿瘤的诊断和治疗具有重要的参考意义.目的:对磁共振波谱多体素进行空间位置配准,可以帮助医生更精确地定位大脑中的病变组织.方法:利用可视化开发工具包VTK,对磁共振波谱多体素和二维医学图像进行三维重建,得到多体素、多体素中单个体素和图像在空间的相对位置. 结果与结论:实验基于VTK,实现了对磁共振波谱多体素的空间位置配准.     

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：分忻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“medicalimages,three—dimensionalreconstruction,surfacerendering,volumerendering”。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索进行直接操作,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。     

基于边界信息的医学图像三维插值

目的Cubic卷积插值是医学图像三维插值的常用方法,针对其插值处的结果边界模糊和精度不高的缺陷,建立一种精确度较高的插值方法。方法首先通过模糊对比度增强精确定位图像边界,再运用形态学运算确定出新插值图像边界,对于新插值图像边界点采用最佳匹配对应点插值;对于非边界点采用一种新的Cubic卷积插值方法确定其灰度值。结果本文方法的均方差、不符合像素点数和最大误差均小于传统插值方法。结论本文提出的方法具有较高的精确性。     

基于CT图像三维重建测量股骨外翻角

目的利用mimics重建股骨的三维图像,通过模拟膝关节置换术来确定解剖轴线机械轴线来测量股骨外翻角的一种方法。方法利用吉林大学白求恩第三医院住院患者下肢CTA扫描的扫描数据（35岁男膝关节无疾病、无畸形的成年人）。通过使用mimics软件对其CT图像进行二维阈值分割及切割、数据填充等预处理,获得三维股骨模型,并在二维横断面上找到髓内定位杆的入针点,于此点向股骨近端做一直径为4 mm长度为200 mm的圆柱,通过调整圆柱的方向,找到髓内定位杆的最佳位置,可得出进针点及股骨近端该圆柱的中心的三维坐标。将mimics重建的三维模型导入geomagic软件中,通过对股骨的平滑处理,将与髋臼接触的股骨头面拟合成球形,找到该球体的球心三维坐标。使用以上三点的坐标测出其夹角,即外翻角。结果建立了一种基于CT图像三维重建,准确的获得膝关节轴线的方法。结论通过此方法可以准确的测出提供术中参考的股骨外翻角,以指导术中截骨,乃至于外翻角术前个体化。     

基于VTK的肱骨薄层断面三维可视化重建研究

目的通过使用可视化工具包VTK的二维轮廓线的表面重建算法,在VC 的编译环境下实现对人体薄层断面中肱骨的三维表面重建。方法应用数字化可视人体数据获取技术,对双侧肱骨进行计算机三维重建及立体显示。结果重建出双侧肱骨的大、小结节,大、小结节嵴,桡神经沟,尺神经沟,肱骨小头,肱骨滑车,冠突窝,桡窝,鹰嘴窝,内、外上髁等结构的三维立体图像,可以任意角度和比例大小对它们进行观察,清楚地显示了它们在空间上的位置关系。结论本研究以中国可视化人体数据集和VTK为基础,实现了对人体肱骨的3D可视化重建,为进一步深入研究和实现更多人体解剖结构可视化以及科学计算提供支持,也为解剖教学展示提供参考。     

Three-dimensional medical images for upper gastrointestinal lesions

Virtual endoscopy (VE), three-dimensional endoscopic ultrasonography(3-DEUS) and three-dimensional ultrasonography(3D-US) have been utilized for three-dimensional medical images of upper gastrointestinal lesions. VE images are similar to endoscopic images. But because the detection rate of early gastric cancers is from 39.6% to 78%, it is difficult to use for the screening of gastric lesions now. 3-DEUS has been used for assessment of depth of cancerous invasion or treatment for esophageal and gastric cancer. Accuracy of cancerous invasion has been improved by 3-DEUS because both radial images and lineal images are able to be observed simultaneously. One of benefit in 3D-US is not invasive. These methods are thought to be improved and to be popularized.     

Three-dimensional reconstruction of echocardiographic images using the rotation method

We describe a method for three-dimensional reconstruction of real time two-dimensional echocardiographic images using a rotation method. Seven tissue specimens were studied in a water bath and two-dimensional images were recorded by rotating the transducer every 30°, from 0 to 180°. Angular reconstruction of areas was obtained at different axial locations and volumes calculated by a Sigma 9 computer using axial summation without geometric assumptions. Using spatial coordinate data, three-dimensional perspective images could be plotted by the computer in any desired view. The volumes obtained by this method (range 90–231 ml) corresponded closely (R = 0.96) with volumes measured directly by water displacement (range 95–200 ml). Two patients were also studied with this technique by placing the transducer at the cardiac apex to record two-dimensional left ventricular and diastolic and end systolic images. Three-dimensional reconstructed volumes closely correlated with those obtained by left ventricular angiography. Ejection fraction in one patient was 52% by three-dimensional reconstruction, 47% by angiocardiography. In the other patient, the ejection fraction was 76% by three-dimensional imaging, 69% by angiocardiography. This preliminary study demonstrates the feasibility and simplicity of three-dimensional reconstruction using the rotation method.     

基于医用图像的模拟手术规划方法

目的 探讨在医用三维可视化技术基础上进行模拟手术规划的方法.方法 首先在三维空间内生成一条可以变化的曲线,曲线上有几个操作点,然后通过操作点来控制调整曲线,并且可以在曲线上增加和减少操作点,最后根据规划好的曲线计算手术刀的切割角度,合理布置手术刀,方便以后的手术切割过程.结果 该手术规划系统已经在医院手术规划研究平台上得以应用,效果满意.结论 模拟手术规划系统的医学图像处理系统对于熟练手术操作步骤、减少手术风险具有重要意义和使用价值.