人体解剖结构2D、3D可视化平台的研制

发布时间：2018-03-26 06:26

本文选题：VTK　切入点：CVH　出处：《第三军医大学》2007年硕士论文

【摘要】： 目的本研究主要针对中国可视化人(CVH,Chinese Visible Human)数据集的特点和应用需求,探讨对数据集进行可视化的标准方法和科研路径,为数字解剖和虚拟手术的理论和应用奠定基础。在数据集的二维可视化方面,实现对图像数据进行更灵活方便的浏览、连续缩放、任意旋转及拖动等操作。在三维重建可视化方面,考虑到数据集中的薄层断面数据量大、色彩丰富、细节显示清晰等特点,探索对人体解剖结构的可视化重建和虚拟显示,建立人体结构数字化三维模型。本研究在三维可视化的基础上结合虚拟现实建模语言(VRML,Virtual Reality Modeling Language),进行“VRML”程序模块开发,以实现基于网络的人体薄层断面三维重建,以上三种模式(二维显示、三维重建和网络展示)的研究对中国可视化人数据集的应用做一个初步的探讨。材料与方法 1.软硬件环境 1.1微机配置:Pentium IV 2.0G;内存:512MB; 1.2操作系统:Windows XP操作系统 1.3数据和软件:中国可视化人数据集、VTK图形库、VC++ 6.0集成开发环境、Photoshop 8.0图像处理软件。 2.进行本研究的主要方法及步骤为下 2.1.获取研究需要的中国可视化人数据集中的图像序列,对要重建的结构进行精确配准定位,在Photoshop下对配准图像进行数据分割。此外,还对海量数据的人体薄层断面图像文件进行不同程度的缩小处理,探索最佳的图像大小、缩放比例和图像处理的可行方案。 2.2.针对中国可视化人体数据集具有海量图像数据的特点及二维图像灵活显示的需求,本研究在图像操作算法的基础上结合VTK的图像处理类及其方法,自主开发“CVH-2D”二维可视化程序模块,对人体头部薄层断面图像进行显示操作。 2.3.运用三维重建的原理和算法,结合VTK的可视化类及其方法进行“CVH-3D”三维可视化程序模块开发。分析和比较对图像进行缩小处理前后对三维重建速度和解剖结构细节显示的影响。运用“CVH-3D”程序模块分别对人体肱骨、膝关节薄层断面图像序列及头部灰度断层图像进行三维重建、虚拟显示以及互动操作。 2.4在三维重建原理和算法的基础上,利用虚拟现实建模语言(VRML),在VC++的编译环境下开发“VRML”程序模块,使用该程序模块输出适合于网络虚拟现实操作的*.vrml数据格式。结果 1.实现了对所需要的中国可视化人数据集中图像序列的精确配准和分割,在此基础上完成对原始图像进行裁剪和缩小的处理,有效地减少了资源的占用,从而在保证解剖结构显示完整的基础上完成快速高效的重建。探索了对CVH数据集进行最优化的图像大小和标准的研究路径(图像大小准备、图像二维显示,图像三维展示,网络应用的方法和效果)。 2.实现对中国可视化人数据集中二维图像显示的灵活操作。开发出的“CVH-2D”程序模块对医学图片的浏览提供了极大的方便,可以使图像快速显示,并能连续地对图像进行任意比例缩放观察、任意角度的旋转以及在窗口中任意拖放和移动到合适的位置,从而更有利于解剖结构的观测。 3.完成对中国可视化人数据集中的图像序列的三维可视化。自主开发出的“CVH-3D”三维重建程序模块成功地重建出双侧肱骨、双侧膝关节和头部的三维可视化模型,能清楚地辨识出重建结构的细节特征,可从任意角度和任意比例大小对它们进行观察,能清楚地显示各个结构在空间上的位置关系。此外,还能够实现灵活的交互操作以及对显示背景色彩设定、对象透明度的任意调整、对象的颜色设置,以及赋予重建对象特定的属性等。 4.尝试并完成了中国可视化人三维模型在网络上的虚拟现实展示。本研究利用“VRML”程序模块输出可基于Web浏览器观测和互动显示的*.vrml格式的文件,该文件可在互联网上利用网络浏览器进行方便、快速地互动浏览。结论 1.本研究以中国可视化人数据集为研究对象,对图像获取中产生的位移和旋转,进行了精确的配准,高精度的配准图像确保了三维重建模型的准确。通过对海量数据的薄层断面图像进行裁剪和缩小操作,寻找到更适合的图像分辨率,提高了重建效率,降低了对计算机软硬件系统的要求,在普通个人计算机上可进行实时交互操作。 2.由于中国可视化人数据集中对二维数据可视化灵活性的要求较高,开发的自主知识产权的“CVH-2D”程序模块在显示高分辨率的大图像时,既快速又灵活方便,特别是在对图像的缩放、旋转和移动等方面,为CVH薄层断面图像二维可视化提供了一个全新的工具。 3.对中国可视化人数据集中的图像序列进行三维重建的结果表明,用“CVH-3D”程序模块重建的可视化模型能直观再现各结构的空间形态、毗邻关系和形态变化规律,重建视觉效果和商业化软件相比无明显差异。此外,程序的功能易于扩展、修改、升级和维护,这为CVH数据的可持续深入开发提供了新思路。 4.在实现对中国可视化人数据的网络虚拟现实展示方面,将数字化三维模型转换为“*.vrml”数据格式,并结合web网络的应用,实现了人体三维结构模型在远程网络上互动显示浏览。这为未来的解剖教学提供了新的尝试,也为人体结构重建结果远程浏览和研究提供了新思路。
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【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：R322;R319

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