醫(yī)學(xué)體視化新方法研究及在腎臟術(shù)前計(jì)劃系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、科學(xué)可視化是目前在研究、教學(xué)和開發(fā)等領(lǐng)域中的一個(gè)活躍而重要的研究課題。本文主要研究了科學(xué)可視化工具的幾個(gè)要素，并以腎臟術(shù)前可視化系統(tǒng)作為特定應(yīng)用實(shí)例對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行了研究。本文研究工作圍繞腎臟可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩大主要部分展開：建模和顯示，其中建模包括配準(zhǔn)和分割技術(shù)。 泌尿系統(tǒng)CT掃描是臨床上傳統(tǒng)的術(shù)前檢查手段，它包括三到四個(gè)時(shí)刻的三維掃描圖像，這些圖像給出了關(guān)于病人腎臟解剖結(jié)構(gòu)的完整信息。為了把不同時(shí)刻的掃描圖像統(tǒng)一到同一個(gè)空間坐

2、標(biāo)系下，我們提出了一種以腎臟為中心的配準(zhǔn)方法，該方法通過局部互信息最大化實(shí)現(xiàn)。在配準(zhǔn)后，得到了一個(gè)包含腎臟完整信息的向量體積。 為了展示向量體積中所包含的信息，學(xué)者們通常對(duì)向量體積的各個(gè)成員體積單獨(dú)繪制，然后在體視化管道中的某一特定步驟中對(duì)繪制的中間結(jié)果進(jìn)行融合。這些方法都把向量體積看作幾個(gè)獨(dú)立的體積，但是事實(shí)上本文中待繪制的腎臟向量體積為來源于同一病人不同時(shí)刻腎臟掃描圖像，在可視化時(shí)應(yīng)該作為一個(gè)整體進(jìn)行分析。本文提出了一種輸入

3、數(shù)據(jù)級(jí)別的融合方法，該方法把向量體積的成員體積在繪制管道的最早階段進(jìn)行融合。 融合顯示的第一個(gè)步驟通過向量體積分類算法實(shí)現(xiàn)。我們選擇了基于混合高斯模型的統(tǒng)計(jì)分類方法，該方法可以得到每個(gè)像素中包含各個(gè)組織的概率。但是該方法僅僅依賴于灰度信息進(jìn)行分類，不包含任何的空間信息，從而在部分體積效應(yīng)的邊界處和噪聲區(qū)域會(huì)引起誤分類。為了解決這個(gè)問題，我們提出了一種鄰域加權(quán)的混合高斯模型，具體方法為在混合高斯模型中引入一個(gè)鄰域權(quán)值，從而在分類過

4、程中把體素的空間信息包含進(jìn)來。 通過基于鄰域加權(quán)的混合高斯模型的分類方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合后，我們討論了多個(gè)可以根據(jù)本文實(shí)際情況進(jìn)行改寫的繪制方法，并對(duì)這些方法的繪制結(jié)果進(jìn)行了比較。其中對(duì)于基于體繪制的繪制方法，我們提出了兩種傳輸函數(shù)設(shè)計(jì)方法，并對(duì)這兩種方法的繪制結(jié)果進(jìn)行了比較和分析。 對(duì)于基于表面的體視化方法，人們常采用三角形網(wǎng)格來表達(dá)物體表面，但是用于表達(dá)物體的三角形數(shù)據(jù)常常會(huì)超過圖形硬件實(shí)時(shí)繪制的能力。一個(gè)自然的解決辦法