医学图像可视化及加速技术的研究进展和趋势

背景: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,但少有文献就此方面进行综述和概括.目的:尝试对医学图像可视化技术及加速技术的研究进展和发展趋势进行归纳和概括.方法:由第一作者检索2000/2009 PubMed数据及万方数据库有关医学图像三维重建、科学计算可视化、可视化加速技术等方面的文献.计算机初检得到56篇文献,根据纳入标准保留23篇进一步归纳总结.结果与结论:医学图像可视化技术可以在重建三维图像模型的基础上,进行定性定量分析,便于人们更清楚地认识蕴涵在体数据中的复杂结构,这对于医学研究和临床诊断都具有十分重要的理论意义和应用价值.医学图像可视化技术通常分成面绘制和体绘制这两大类.由于面绘制技术的缺点和局限,以及计算机技术的迅猛发展,目前人们越来越多地关注体绘制技术及其加速技术.医学图像可视化技术及其加速技术如能与虚拟现实及GPU相结合,必能发挥更大的作用,真正体现其价值.     

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。     

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.     

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。     

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。     

用于CT仿真的可视化空腔结构快速薄壁体绘制方法

目的：提出了一种可用于CT仿真结肠镜和其他空腔性结构可视化的薄壁快速体绘制方法。 方法：基于图像分割和三维形态学运算,能够去除空腔中积水的影响,并加快体绘制的速度。利用VGLR体绘制工具包,实现高效的内窥体绘制计算。 结果：在一组真实的CT结肠数据中,实现了图像分割、形态学运算及快速实时体绘制,体绘制速度达到原来的3倍。 结论：这一技术能加快空腔结构内窥体绘制的速度,去除肠道内积水的影响,提高可视化效果。     

医学图像三维可视化技术研究

随着计算机图像处理技术的发展, 医学图像的三维可视化变为可能, 并逐渐成为一个新的研究热点.文中介绍了医学图像三维可视化的预处理技术,面绘制和体绘制方法,可视化软件系统的研究现状及三维可视化技术在医学诊断和临床医学上的应用.     

自适应光线投射直接体绘制算法及实现

提出一种基于自适应光线投射的直接体绘制方法.该方法从自适应的发出光线和终止光线两个方面来加速体绘制的进行,通过三次线性插值空间邻近点计算采样点的值,利用简化的Phone光照模型进行消隐,由前向后合成图像.该算法提高了绘制的速度,能满足一定的临床应用实时性要求,在基于Internet的体数据可视化中有很好的应用前景.     

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。     

心肌及心血管系统的四维可视化技术研究与实现

目的为克服二维医学图像和三维重建无法实时、多方位和多角度观察心脏运动形态的不足,提出一种全新的四维可视化解决方案来实现心肌及心血管系统的动态显示。方法以三维实时显示技术为基础,编程实现序列体数据的读入、显示和管理,将心脏运动模型离散化,使序列体数据显示的时间间隔与真实的心动周期时间间隔保持一致,实时显示心脏离散化序列体数据,实现心肌四维可视化;通过改变不同部位的透明度来实现心血管系统的四维可视化。结果该四维可视化技术主要有两大优点:①采用心脏CT图像重建得到心脏体数据模型,效果逼真;②采用异步纹理绘制技术动态、四维显示心血管系统,避免了延时现象,使得心血管系统四维可视化更加真实、流畅。结论心肌及心血管系统的四维可视化技术可多方位、多角度显示心脏的实时搏动。     

三维重建在骨盆和髋臼骨折中的应用

背景：骨盆和髋臼骨折诊断难度大,漏诊率高,临床上迅速和精确地诊断骨盆和髋臼骨折十分必要。且传统的骨盆和髋臼开放性手术创伤大、术中出血多,常常并发神经血管损伤,正确地定位和置入内固定器可减少手术的并发症。目的：旨在探究三维重建在骨盆骨折和髋臼骨折中的研究新进展,以促进其临床作用。方法：由第一作者应用计算机检索PubMed、中国期刊全文数据库（CNKI）、维普数据库1996年9月至2013年10月相关文献。在标题、摘要、关键词中以“三维重建,骨盆骨折,髋臼骨折”或“3D,three dimensional reconstruction,pelvic fracture,acetabular fracture”为检索词进行检索。排除重复研究或Meta分析类文章,最终纳入符合标准的文献41篇。结果与结论：三维重建通过多种后处理技术,如多平面重组、最大密度投影、表面遮盖显示和容积再现等可获得高质量、任意角度的图像,各种后处理技术优势互补,可减少骨盆和髋臼骨折漏诊率和误诊率。且三维重建技术可用于设计外科治疗入路,指导外科医师设计合理的治疗方案,模拟治疗流程,减少因内固定器错位而引起的并发症,降低治疗的风险,三维重建还用于治疗后随访复查,观察骨折恢复情况。     

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。     

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。     

数字及逆向工程技术在复杂骨科应用进展

背景：医学数据可视化技术的快速发展及不断对医学领域地渗透,尤其使脊柱外科在诊断和治疗上发生了根本性地改变,朝着＂精确化、个性化、微创化＂方向发展,已成为临床骨科治疗中不可或缺的重要手段。目的：通过对数字技术在复杂骨科应用进展,明确研究突破口。方法：由第一作者在PubMed数据库、万方数据库、维普数据、中国知网库检索,时间范围为1990/2011。检索词为＂个性化的定位导航模板,数字解剖模型,螺钉内固定术,逆向工程技术,快速成型技术＂。纳入标准为导航模板制备工艺及技术的研究、有限元相关理论的研究、实验及临床应用。排除标准为与此文目的无关、较陈旧的文献和重复同类研究。结果与结论：利用数字化技术重建的导航模板为骨科螺钉内固定的定位、定向固定提供了一种新的方法。通过数字化重建技术可以制作个体化导航模板,将模板紧密贴合于相应的解剖结构上进行导航穿刺,即可完成对术区的准确定位和定向。对复杂骨科手术,尤其是解剖结构畸形变的患者有着不可替代的意义。为临床手术设计奠定良好的基础,提高准确性和安全性。     

人工耳蜗植入术后CT评估

目的：利用多种后处理重建方法显示人工耳蜗电极以及计数植入电极,对电极显示清晰度进行评分,探讨256层螺旋CT人工耳蜗植入术后影像学评估的作用。材料与方法：回顾性分析了在我院行人工耳蜗植入术术后进行颞骨HRCT检查的患儿共计15例。扫描仪采用飞利浦256层Brilliancei CT,后处理工作站为EBW,采用螺旋扫描模式。对人工耳蜗植入侧进行回顾性小视野重建,FOV为9cm。采用Y—sharp（C）图像序列分别做垂直及平行于蜗轴轴位的斜冠状面及斜矢状面的MPR图像;采用Smooth（A）图像序列做VRT图像。在斜冠状面及斜矢状面MPR图像上进行电极显示清晰度的评估并进行电极计数。计算两位医生对电极显示清晰度评分的一致性,将CT图像电极计数与手术记录植入的电极数进行配对t检验。结果：两位医生对于电极显示清晰度的评价没有差别,一致性良好,t值为2．092,P=0．055〉0．05。将CT图像中电极计数与术中记录的电极个数进行配对t检验,t值1．468,P=0．164〉0．05。结论：结合横断面及多种后处理重建方法,256层螺旋CT可直观观察植入电极的形态及位置,准确评估电极在耳蜗内植入的数目．有重要的临床价值。