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2000／2009PubMed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。     

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.     

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。     

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。     

三维可视化系统对髋关节骨性结构的评价

背景：目前通过二维断层图像信息来判断病变组织的具体性状其难度仍然较大,而运用医学三维重建技术,将能够显著改善医务工作者对相关疾病诊断的工作效率和准确率。 目的：开发一套医学三维可视系统,能够通过读取髋关节DICOM数据重建相应部位三维模型,并通过重建模型直观观察病变髋关节的形态。 方法：使用个人电脑在WindowsXP操作系统,开发环境为VC＋＋6.0,安装VTK 5.6并进行必要设置,使用MFC开发一套医学三维可视化系统,具体步骤如下：①创建一个绘制对象。②创建一个绘制窗,将绘制对象加入绘制窗口。③读取CT图像序列,设置读取图像序列的路径。④使用MC算法抽取等值面（生成三角面片）,根据灰度的不同,分别从切片数据中提取出皮肤和骨骼。设置输入图像序列数据;设置抽取的组织轮廓线灰度值。⑤建立三角带对象和数据映射对象。⑥实现图形的绘制,接收几何数据的属性,并分别对骨骼和皮肤设置不同的颜色和透明度。⑦设置视角位置,观察对象位置和焦点。⑧创建人机交互功能。 结果与结论：使用VC＋＋6.0及VTK可以满足医学三维可视系统开发的需求,开发的三维可视系统软件能通过对髋关节DICOM格式的CT图像序列进行三维重建,重建的髋关节三维模型可以使用旋转、缩放、平移来直观的观察髋关节的骨性结构,骨折形态及类型,对相关治疗及手术有一定参考作用。     

CT三维重建与颈椎弓根测量

背景：三维重建技术能够提供人体内部结构的数字化三维模型,并利用相关软件在模型上进行手术设计和生物力学分析,为椎弓根螺钉的安全有效置入提供可靠数据。目的：综述CT三维重建在颈椎弓根测量中的应用。方法：应用计算机检索1990/2011PubMed数据库、维普数据库及万方数据库中有关CT三维重建在颈椎弓根测量中应用的文献,英文检索词为＂thre edimensional reformation sofmulti-slicespiral CT;cervical pedicle＂;中文检索词为＂颈椎弓根;三维CT;计算机辅助设计;脊柱外科;数字骨科;医学图像＂。结果与结论：应用CT三维重建技术可以获得清晰颈椎三维图像。颈椎椎弓根螺钉置入技术因颈椎椎弓根变异较大,临近解剖结构复杂,目前国内仅少数医院得以成功开展。而利用三维CT重建测量颈椎弓根可以模拟椎弓根螺钉置入技术,能够真实准确地观察和测量椎弓根螺钉在椎体内的情况,获取个体化解剖数据,为临床应用椎弓根螺钉置入技术提供指导。     

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。     

基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成

背景：CT成像质量的优劣不仅取决于仪器的精密性和先进性,在很大程度上也取决于重建算法,由二维扇束扫描向三维锥束扫描是CT技术的发展方向,因此,寻找一种合适的锥束重建算法具有无法忽略的意义。目的：探讨基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成,为实现基于C型臂2D投影图像的3D模型重建提供算法支持。方法：由第一作者于2012年3至5月检索PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库1990年至2011年文献。检索词为＂C型臂,超短扫描路径,FDK算法,有限角锥形束三维重建,超短扫描扇束重建算法＂,检索文章的语言种类为中文和英文。计算机初检得到58篇文献,其中19篇符合纳入标准被保留。结果与结论：基于C型臂2D投影图像的3D模型重建必须进行三维模型的重建,目前应用最为广泛的的三维图像重建方法仍然是FDK。但是FDK算法适用于全路径,对超短路径而言不能直接采用,而通过将二维扇束重建算法推广到三维空间中而获得的短扫描轨迹的FDK类型锥束重建算法可对采集到的锥束投影数据进行感兴趣区域重建。未来的研究可针对减少噪声等干扰数据对重建质量造成的影响进行探讨。     

多层螺旋CT三维重建技术在创伤性骨折中的应用

背景：螺旋CT三维重建技术尤其在解剖结构复杂、重叠较多的骨关节骨折中具有非常重要的应用价值,能够显著提高诊断率,减少漏诊率,为临床提供更多的诊断信息。目的：探讨了螺旋CT三维及多平面重建的应用原理及不同部位骨折中的临床应用。方法：应用计算机检索万方数据库、维普数据库和PubMed数据库中1999-01/2011-09关于多层螺旋CT三维重建技术在骨科领域应用的文章。选择文章内容与骨折及螺旋CT重建相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到157篇文献,根据纳入标准选择30篇文章进行探讨。结果与结论：螺旋CT扫描后三维或多平面重建技术在骨折创伤检查中显示出重要的价值,它能很直观地显示骨折关节的损伤情况,有助于骨折正确分型,为骨科医师进行合适的治疗方案选择提供依据。随着多排螺旋CT的快速发展,三维CT重建技术更快捷、简单、实用,图像更加清晰,目前在计算机图像处理技术的基础上发展出了计算机辅助外科手术系统,与三维图像重建的有机结合可使临床医生能够更好的进行手术计划制定评估预后或治疗后随访,有较好的应用价值及前景。     

螺旋CT扫描与多模式三维重建在腰椎间盘突出症诊治中的应用

背景：螺旋CT扫描与多模式三维重建在治疗腰椎间盘突出中有术前定位、术中指导手术和术后复查等作用。目的：评价螺旋CT扫描与多模式三维重建在腰椎间盘突出中的应用,寻找合理的治疗方法。方法：以＂腰椎间盘突出症,螺旋CT,三维重建＂为中文关键词,＂Lumbar disc herniation,Spiral,Three dimensional reconstruction＂为英文关键词,采用计算机检索PubMed数据库与万方数据库1998-01/2010-12相关文章。纳入与有螺旋CT扫描技术及其后处理的各种数据对腰椎间盘突出症的进行诊断和治疗相关的文章;排除重复研究或Meta分析类文章。以36篇文献为主重点进行讨论。结果与结论：目前国内外学者多应用螺旋CT扫描技术及其后处理的多模式三维重建对腰椎间盘突出症的诊断,现已有部分学者把螺旋CT扫描技术及其后处理的各种数据应用在腰椎间盘突出症的治疗上,取得了比较理想的效果。利用多层螺旋CT配合多层面重组技术能更加准确显示腰椎间盘突出的直接征象与间接征象,提高椎间盘突出诊断率,并能与其他引起腰腿痛的疾病相鉴别;引入手术时还有定位、引导和复查等作用。提示科学合理的综合运用螺旋CT扫描技术及其后处理的各种三维重建数据对腰椎间盘突出症进行诊断和治疗是末来的发展方向之一。     

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。     

数字化下颌骨的计算机重建

背景：随着计算机技术与医学相结合及医学与工科相结合的发展,越来越多的方法被用于下颌骨的重建。目的：分析计算机三维重建技术在下颌骨缺损中的应用及意义。方法：应用计算机检索万方数据库、维普数据库和PubMed数据库中1999-01/2011-10关于下颌骨数字化三维重建的文章,在标题和摘要中以＂下颌骨;数字化;三维重建;计算机技术＂或＂CAD/CAM;mandible;3D mandible model＂为检索词进行检索。结果与结论：下颌骨缺损类型众多,不同个体间下颌骨形态差异也较大,简单应用下颌骨正常均值来代替个体下颌骨进行修复是不合适的,因而在进行下颌骨修复重建之前行个体化设计至关重要。随着数字化技术医学领域广泛应用,计算机辅助设计和计算机辅助制造较好的解决了此类问题,在计算机上设计出理想下颌骨形态以及它与上颌骨的解剖关系,通过快速原型技术复制出实体模型,便于体外精确测量分析并进行手术设计,而骨组织工程方法可以在计算机辅助下构建出一个与缺损区形态一致的三维、个体化骨组织,使得下颌骨在形态及功能的精确修复成为可能。     

基于C型臂2D投影的3D模型重建

背景：基于C型臂2D投影的3D模型重建是一种以XRII图像作为基础,经过校正后的运用一定数值函数进行3D模型重建的技术,可在手术过程中提供给手术者丰富的图像信息,方便手术的进行。目的：探讨基于C型臂2D投影的3D模型重建技术诸多方面的问题。方法：由第一作者检索1990/2010PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库有关图像引导手术技术、C型臂2D投影图像校正与重建、基于2D图像的3D模型重建以及医学图像配准等方面的文献。结果与结论：基于C型臂2D投影图像的3D模型重建是指以C型臂获取的2D投影图像为基础,实现骨骼3D模型的术中重建。3D重建模型不仅含有更为丰富的骨骼外部形状等解剖结构信息,而且还可包含骨密度及强度等骨骼内部多元有用信息。该技术可分为两条主线：有限角度锥形束X射线摄影合成方法;基于统计可变模型的非刚性配准方法。未来的研究可将该技术与手术导航相关技术进行结合从而建立手术导航系统。