SPECT医学图像重建及三维可视化研究_尹方平
医学图像的三维重建与可视化
医学图像的三维重建与可视化医学图像的三维重建与可视化是目前医学领域中的研究热点之一。
通过将医学图像转化为三维模型，医生和研究人员可以更好地观察和分析病灶，从而更准确地进行诊断和治疗，提高患者的治疗效果和生活质量。
本文将从三维重建技术和可视化技术两个方面介绍医学图像的三维重建与可视化。
三维重建技术三维重建技术是将多幅医学图像处理后，生成一个三维模型的过程。
常用的医学图像包括X光片、CT、MRI等。
三维重建技术是一项非常技术含量高的工作，需要专业的软件和设备支持，一般需要数学、物理等多个领域的知识的综合运用。
三维重建的过程主要有两步：首先是图像预处理，此步骤对图像进行去噪、增强和分割等操作，以提高三维重建的精度；然后是生成三维模型，此过程需要通过算法和数学模型来将二维图像转化为三维模型。
常用的三维重建方法包括Marching Cubes算法和Voxel Coloring算法。
其中Marching Cubes算法是一种基于灰度值的重建方法，适合于处理CT和MRI图像；而Voxel Coloring算法则是一种基于颜色的重建方法，适合处理表面模型。
可视化技术可视化技术是将三维重建的模型以可视化的方式呈现出来，让医生和研究人员可以更直观、更全面地了解病灶的情况。
常用的可视化技术包括虚拟现实技术、动态模拟技术和实时互动技术等。
虚拟现实技术是将三维重建的模型放入虚拟现实环境中展示，模拟真实环境的同时提供完整的三维信息。
这种技术通常需要大型的设备和高显卡性能的计算机。
虚拟现实技术可以让医生和研究人员在模拟环境下进行手术模拟、观察器官结构等。
动态模拟技术是通过对三维模型进行动态分析，模拟病变的进程和变化，有助于预测治疗后的效果。
例如，在肿瘤治疗中，医生可以通过动态模拟技术来预测肿瘤的发展趋势，从而制定更为科学的治疗方案。
实时互动技术是将三维模型呈现在普通计算机上，并通过交互方式来实现对三维模型的控制。
这种技术可以让医生和研究人员在计算机上方便地进行多角度观察和交互操作，提高工作效率和准确性。
医学图像的三维重建和可视化技术研究
医学图像的三维重建和可视化技术研究医学图像的三维重建和可视化技术在当今医疗领域中越来越普及。
近年来，随着医学科技的快速发展以及互联网和移动互联网技术的普及和应用，医学图像的三维重建和可视化技术已经成为医学影像领域至关重要的一部分。
一、医学图像的三维重建技术医学图像的三维重建技术是通过计算机处理医学影像数据，将二维影像转化为具有三维空间分布信息和形态特征的立体图像。
医学图像的三维重建技术主要有以下几种：1. 体绘制法（Volume Rendering）体绘制法是医学图像三维重建中最常见的一种方法，它可以将三维图像在计算机显示器上以虚拟体形式呈现出来。
体绘制法的基本原理是根据医学图像数据，通过体绘制算法将像素数据转换成立体图像。
体绘制法的优点是可以呈现出医学图像的大部分信息，并且呈现效果非常逼真。
但是，体绘制法也存在一些局限性，如不能很好地显示深部结构、分辨率和可视范围等问题。
2. 表面重构法（Surface Reconstruction）表面重构法是利用医学影像数据，将体表面重构成立体图像的一种方法。
它通过将三维图像表面进行分割并转化为曲面网格，然后建立曲面模型，在计算机程序中进行立体显示。
表面重构法的优点是可以产生非常精确的表面形状，可以在特定领域的医学图像重建中得到广泛应用。
3. 切片法（Slicing）切片法是通过计算机程序对医学影像数据进行切片，最终形成具有空间三维分布的影像。
切片法主要依赖于医学影像数据的精确分层，它具有处理速度快和成本低的优点。
但是在处理颜色和灰度变化较大的图像时，这种方法不能很好地完全保留图像信息。
二、医学图像的可视化技术医学图像的可视化技术是将医学影像数据以可视化方式呈现给医生和患者，让他们更好地理解医学影像结果，并且在诊断和治疗方面提供指导。
医学图像的可视化技术主要有以下几种：1. 虚拟现实技术（Virtual Reality）虚拟现实技术是将医学影像数据实现立体感和动态效果，并且让医生和患者可以在虚拟环境中进行交互的一种技术。
科技成果——三维医学可视化系统
科技成果——三维医学可视化系统技术开发单位
西北大学
成果简介
本系统是一个专用于对CT和核磁共振MRI数据加工的医学图像处理系统，其中专用的软件设计可对CT或MRI（核磁共振）等医学成像数据完成格式转换、数字图像建库、图像的处理与显示和对医学体数据进行三维重构，实现了从多方位对数据切片观察、图像精细处理、彩色分类透示；本系统可用于CT、磁共振机的配套设施，成为医学图像数据分析和辅助治疗的新手段。
也可用于X刀等立体定向放射治疗的计划系统和手术预演，医疗远程会诊，医学解剖教学实例演示等。
技术水平
本项目经鉴定结论认为：在许多功能上达到国际先进水平。
在此基础上建立的虚拟解剖系统、神经外科医学解剖教学的CAI系统可适用于一般医院、医学研究和教学单位。
本项研究工作获陕西省科技进步二等奖。
合作方式
以技术转让为主，其他方式为次。
医学图象三维重建及可视化
(b)收缩后
4 网格简化结果
MT重建结果
简化50％
简化90％
简化90％表面绘制
MC重建结果
简化50％
简化85％
简化85％表面绘制
4.3 三维模型的剖切 4.3.1 模型三角面片的剖切处理 1 平面方程的确定
ax + by + cz + d = 0
2 三角面片与剖切平面的求交检测
定义空间一点P（X,Y,Z）,
图3.12 两相邻立方体剖分不一致时共有 面的剖分情况
图3.13相邻立方体公共面上的剖分一致性
3.4.3 相关性处理加速MT重建速度 1 体素内的相关性处理 2 体素间的相关性处理
图3.14 剖分后立方体的顶点及棱边编号
3.4.4 MT算法的重建据内存记录方式
2.3 交互分割过程
1 三维图象二值化
1 f '(x, y, z) 0
若q1 f (x, y, z) q2 其余
二值化结果
图2.8 断层图象二值化结果
2 数学形态学操作进行区域修整 (1) 二值形态学操作简述
(a) 原图象
(b)结构元素
(c)对原图象的腐蚀 (d)对腐蚀图象的膨胀
图3.1 体素模型
3.2.2 等值面（IsoSurface）定义
1 三线性插值结果
f (x, y, z) a0 a1x a2 y a3z a4xy a5 yz a6zx a7xyz
2 等值面定义
{( x, y, z) | f (x, y, z) c}, c是常数
医学图象三维重建及可视化 技术研究
秦绪佳
浙江大学CAD＆CG国家重点实验室
医学图像处理中的3D重建与可视化技术教程
医学图像处理中的3D重建与可视化技术教程在医学领域中，三维（3D）重建和可视化技术扮演着至关重要的角色。
通过将医学图像数据转化为三维模型，医生和研究人员可以更直观地理解和分析病理情况，从而帮助做出正确的诊断和治疗决策。
本文将介绍医学图像处理中的三维重建与可视化技术，并提供一些常用的工具和方法。
一、医学图像的三维重建1. 数据获取与准备首先需要获取医学图像数据，常见的包括CT（计算机断层成像）和MRI（磁共振成像）数据。
这些数据通常以二维切片的形式呈现，我们需要将其转化为三维模型。
另外，为了准确重建，还需要对数据进行预处理，包括去除噪声、图像配准（将不同采集时间点或不同成像模态的图像对齐）等。
2. 体素化体素化是将图像中的每个像素（或子像素）转化为一个三维体素的过程。
体素是三维空间中的一个小立方体单元。
通过将图像中的每个像素映射到对应的体素，我们可以得到一个离散的三维体素网格。
3. 表面重建一旦完成体素化，我们可以利用表面重建算法将离散的体素网格转化为连续的表面模型。
常用的表面重建方法包括曲面重建（如Marching Cubes算法）和几何流（Geometric Flow）等。
这些方法可以根据体素边界进行反推，从而得到一个连续的、网格化的三维模型。
4. 模型优化生成的三维模型可能存在一些缺陷，例如表面不光滑、几何形状不精确等。
因此，我们需要进行模型优化来提高重建结果的质量。
常见的模型优化算法包括平滑滤波、曲面拟合和形态学操作等。
二、医学图像的三维可视化1. 体像可视化体像可视化是将三维重建的结果以三维体像的形式呈现出来，以帮助医生和研究人员更直观地观察病理情况。
常见的体像可视化方法包括体绘制、体渲染和体切割等。
通过调整可视化参数，如透明度、颜色映射和光照等，可以得到清晰可辨的体像效果。
2. 表面可视化表面可视化是将三维重建的结果以表面模型的形式呈现出来，以更好地观察解剖结构和病变区域。
表面可视化技术可以将表面纹理、光照效果和透明度等进行调整，以提高可视化效果。
SPECT脑血流灌注显像在脑功能研究中的应用进展
SPECT脑血流灌注显像在脑功能研究中的应用进展±垦!堕堕兰堡鲞查兰Q兰笙兰鲞笙塑型曼:!!:!:!:综述SPECT脑血流灌注显像在脑功能研究中的应用进展ThetechnologyadvancementofthecerebralbloodflowperfusionimagingusingSPECT郭佳,尹雅芙,李亚明(中国医科大学附属第一医院核医学科,辽宁沈阳110001)GUOJia,YlNY a-fu~LIYa—ming(DepartmentofNucleorMedicine,theFirstHospitalofChinaMedicalUnwe~ity,Shenyang 110001,China)【关键词】脑血管障碍;体层摄影术,发射型计算机,单光子【中图分类号】R743;R817.4[文献标识码】B【文章编号】1008—1062(2010)08—0563—04脑血流在脑组织的营养,能量供给和代谢上均具有重要的作用.脑血流的测定无疑是研究脑功能比较重要的方法之一.利用单光子发射型计算机断层仪(SPECT)脑血流灌注显像研究大脑特定功能活跃区是目前神经核医学研究中的热点问题,尤其在近10年来成为神经核医学研究的焦点,各地专家,学者利用不同的干预措施,显像剂进行了大量研究,取得了可喜的成果,过去的研究主要集中在疾病状态下相应治疗手段对大脑功能受损区的影响,为了使SPECT脑血流灌注显像技术更好地应用于临床,本文就SPECT脑血流灌注显像研究中的几个关键问题进行分析和综述.1临床脑血流影像检查方法目前应用于临床的脑血流变化的检查手段主要包括:经颅多普勒超声(TranscranialDoppler,TCD),CT脑灌注成像(CTA),正电子发射断层显像,单光子发射断层显像【1l.各种检查方法各有利弊,简单综述如下.1.1普通影像学TCD就是人们熟知的脑血流图检查,它描记脑底动脉血流的多普勒信号,以获取脑底动脉的血流动力学参数,来反映脑血管功能状态.TCD主要检查脑底动脉Will'S环及其周围动脉.TCD对检测颅内动脉狭窄有重要价值,可确定动脉狭窄或闭塞的程度和范围,评价侧支循环血流的敏感性和特异性均较高,还能判断有无侧支循环产生的盗血及其途径. TCD具有无创,价廉,无射线辐射,实用性强,便于动态观察,反复操作等优点.但该检查受检查窗和操作者手法的限制,且不能直接显示脑内血管.CT平扫为脑血管病的常规首选检查方法,可鉴别缺血性与出血性脑血管病.但它仅显示颅脑解剖及形态改变.不能提供脑功能和脑血流动力学方面的信息.CTA能显示脑灌注异常区的范围,获得若干血流动力学参数,估计侧支循环的血流情况,进行半定量分析等.但CTA对双侧大脑半球轻度灌注异常不敏感,较常规CT辐射剂量高,应用造影剂亦可能引起过敏反应.以上检查方法都是通过观察脑血管内血流的变化情况,进而推测脑细胞功能的受影响程度,均不能直接反映脑细胞功能的改变.【收稿日期】2009—11-09;【修回日期】2009—11-30【作者简介】郭佳(1981一),女,辽宁锦州人,硕士研究生.563?1.2SPECT与正电子发射型计算机断层成像(PET)SPECT和PET都是脑功能显像技术,可以反应脑组织的各种生理过程.这些生理过程包括血流量,局部作用物的代谢,蛋白质合成,细胞膜的传输作用和受体的位置,密度和分布等.它们不仅能研究各种脑疾患的特征,而且能评价疾病治疗效果和研究正常脑功能,但PET需要使用加速器生产的放射性核素,成本高,操作复杂,在临床及研究中的应用受到限制;而SPECT安全,价廉,通过静脉注射示踪剂,根据其在脑内的分布,可反映脑的血流充盈情况,从而能对脑血管疾病,癫痫和痴呆等神经核精神疾患的诊断提供有价值的资料日. 有研究[31表明SPECT在发现尚未形成形态异常的代谢和功能性损伤中具有明显优越性的同时,仍存在过度敏感的问题,其显示的缺血程度超过临床症状和体征,需要结合临床实际判断病情.近期何洁等[41的研究也指出血流灌注加权磁共振显像(PWI)在单侧或局限性病变的诊断上与脑血流灌注显像和葡萄糖代谢显像的结果有明显的相关性,且无辐射,但其对双侧,弥散性病变及暂时性脑缺血(TIA)的敏感性不如脑血流灌注显像和脑葡萄糖代谢显像.如何准确判断缺血程度仍需结合I临床表现对患者进行个体化分析.2脑血流灌注显像机制SPECT脑血流灌注显像又称为功能性脑显像[51,是应用小分子,不带电荷的脂溶性放射性示踪剂自由进入血一脑脊液屏障后,通过不同的机制可在脑内随血流灌注固定分布,这类示踪剂在脑组织内的聚集量和局部血流量成正比,应用SPECT进行采集和图像处理,可获得横断,冠状和矢状3个断层面的大脑,小脑,神经基底核团和脑干的影像,即可得到局部脑血流灌注图像.可以进行相对的定量分析.PET也可进行脑血流显像,且分辨率较高,获得的图像质量较好,主要应用于生理或病理情况下脑血流定量研究中,但因其设备和所用的显像剂(如0一H20,"N—NH,?HO 等)价格昂贵,限制了其在临床中的应用.3脑血流灌注显像常用显像剂目前临床与实验研究中常用的SPECT脑血流灌注显像剂主要有:99|IrI1c标记六甲基丙二胺肟(99mTc—HMPAO)~,99.,rc564?垦I堕垦堂堡查笙第21卷第8期JChinClinMedImaging,2010,V o1.21,No.8 标记双半胱乙酯(rc—ECD)[71,标记N一异丙基安非他明(I-IMP)[s],"3Xe.唧c—HMPAO体内分布稳定,1h内脑组织中的放射性变化不大,近期应用99~rc—HMPAOSPECT显像进行的脑功能的研究都取得了预期的结果_6l8-9).但其体外稳定性差,配置后要求尽快注射,不能超过30min,配置不当或放置时间过长均会导致游离—rc0过多,影响显像.I—IMP有明显的再分布现象,发生在注射后3—5h的延迟相.在24h后可出现明显的再分布,因此4h和24h延迟显像的结果与即刻显像可能是不同的,的价格较贵,注射用量受到限制,因而图像质量比不上c标记的示踪剂.n,Xe是以往应用最广泛的定量测定局部脑血流的示踪剂,但由于其空间分辨率差,难以探测颅底病变,且需要另外配置专门的探测系统,使其发展受到限制.相对于以上示踪剂,99~Tc—ECD是一种非常理想的脑显像剂,其体内分布与c—HMPAO相似,再摄取率较高,标记配置方便,放化纯度高,体外稳定性好,配置后可放置6h,脑与头面部软组织的放射性本底低,更容易得到清晰的图像.文献报道大脑内rc—ECD活度在lmin内达到高峰,并且在接下去的10min内维持在相近水平.示踪剂的血液清除很迅速.5min后血液中的活度即<10%,2h内5O%的c—ECD由泌尿系统排泄i101,而且9~rTc—ECD的分布不受性别的影响,年龄也仅会轻微改变rc—ECD在某些部位的分布.99~Tc—ECD优于c—HMPA0的主要方面在于前者具有更高的大脑摄取率,更清晰的灰,白质对比度及更高效的体内清除率.因此,现在临床常用Tc—ECD作为脑功能显像的显像剂.除了上述常用显像剂外,尚有99~Tc标记的巯基丙基21,22苯二胺(99~Tc—MPBDA),这是具有我国知识产权的SPECT脑灌注显像剂,目前处于动物实验阶段.小鼠体内生物分布实验表明,99~Tc—MPBDA脑初始摄取值为99mTc—HM—PA0脑摄取值(2.25%ID/g)的2.13倍.且99|TTc—MPBDA具有很好的脑滞留,血液清除半衰期较快,且脑/血比值较高,有利于SPECT脑血流灌注显像.王荣福等【l1】的研究结果表明,9~,rc—MPBDA用于活体安全可靠,有望成为一种新的脑血流灌注显像剂.以上均是以0】核为中心核的配合物,张俊波等在该领域的研究认为,rc标记的三水?N一环丁基一二硫代氨基甲酸钠(9~I'cN—CBDTC)有较高的初始脑摄取值,有望发展成为一类新型脑灌注显像剂.N可以作为末端原子或桥原子和金属离子结合形成稳定的化学键,从而使高价金属离子趋于稳定.鉴于『99|,rrcN]核具有较高的化学稳定性,以及用呷cN核代替Tc0核后其配合物的生物分布性能发生了较大的改变,因此研究含99~TcN核的配合物成为寻找新型放射性药物的一条有效途径.4研究方法4.1脑介入试验包括了各种生理刺激下对脑功能的研究和病理状态下外界因素(如药物,针灸等)的介入试验,后者又分为负荷试验和疗效评价.生理刺激包括了特定的精神和心理活动,如视,听,读及做某种机械动作等,大脑对应的功能区被激活.区域血流灌注量增加,通过静息状态与激活状态下脑血流量的对比.可以得出刺激对应大脑的激活区,从而为生理情况下脑功能的定位和评价提供参考[6,13-15】.脑血流灌注负荷试验,是通过外界因素的介入(如药物),使具有正常反应能力的脑血管阻力下降,脑血管扩张,局部脑血流增加,而病变血管不具备扩张能力或扩张能力明显降低,从而增加了具有正常反应能力与无应答能力部位的差异,可以对脑血管反应性(Cerebrovascularreactivity.CVR)进行评价,且有助于发现微小的,隐匿性病变.目前临床上主要采用CO:吸入法或乙酰唑胺法来测量CVR,前者需要麻醉机等特殊设备,操作复杂,且不良反应较多,后者操作简便,不良反应较少,因此乙酰唑胺负荷试验脑血流显像,常用于评价局部脑血管储备功能.乙酰唑胺是一种强效,可逆性碳酸酐酶抑制剂,可减少CO从血及脑组织的转移,使血或脑组织中的CO增加,引起正常脑血管的扩张,血流灌注增加,但是病变血管扩张程度较低或不能扩张,病变区血流灌注仅少量增加甚至减小,增大正常脑区与病变区血流灌注的差异㈣.陈健等ll7]和宋利宏等㈣的研究均证实了乙酰唑胺负荷试验在脑血管病变的研究中具有较高的参考价值.但目前国内无乙酰唑胺针剂,因而限制了其临床应用.疗效评价研究,主要是对患者进行某种治疗措施的干预(如药物,针灸等),对比治疗前后脑血流量灌注情况,进而对这一治疗措施做出客观的评价.目前该种方法常被应用于脑梗塞等缺血性脑血管疾病的诊断与治疗中.通过介入试验后的脑血流显像来检测和评价脑血管的储备功能,对脑血管疾病的早期诊断,预后和疗效评价具有重要意义.4-2一日法与隔日法目前对脑功能显像的研究多采用隔日法,即负荷状态与静息状态分别在前后两天进行,以避免前一次放射性摄取对后一次的影响,单次检查时间也相对较短,但整体检查过程较长.且前后两日受检者状态难以把握,对显像效果都有一定影响.2005年刘玉亭等l2l_在"口服ACZ脑负荷试验在TIA中的应用"的研究中应用一日法显像,所得结果与先前隔日法结果相近,证明一日法脑功能显像可行性很高.而且一日成像可提高图像前后对比的准确度,缩短检查时间,提高潜在病变的检出率,可对脑血流动力学储备能力进行科学评价Y amamoto等旧应用类似方法对吸烟者的脑血流进行研究.也得到了吸烟者全脑血流弥漫性降低的结果,与临床症状相一致,因此可以认为一日法脑功能成像可以在临床研究中广泛应用.5图像统计分析5.1视觉分析与传统的定量,半定量分析传统的定量,半定量分析是指勾画感兴趣区(ROI)的直观分析方法,该方法虽然现在仍被应用,但其主观性强,可重复性差的缺点不容忽视.杨仪等用静脉血动脉化替代动脉采血进行脑血流定量研究,得到了比较理想的结果.申良方等,邓豪余等嘲尝试用c—HMPAOSPECT进行非采血的脑血流定量研究,取得较满意的结果,但其方法较复杂,必中国临床医学影像杂志2010年第2l卷第8期JChinClinMedm{g!!01.!.565. 须多次注射放射性示踪剂.多种定量分析方法都显示了方法学的繁琐.难以在常规工作中应用.早有研究证实,在正常人和单侧rCBF异常者中测定两侧对称部位比值是合适的,而双侧病灶则应用病灶与小脑的比值(有小脑异常者除外)较好.这是因为小脑部位的计数值相对比较恒定,且在SPECT显像的病例中,有小脑异常的几率相对较少.当然,没有一种参考区能适应所有疾病的分析,应当根据具体情况进行分析应用.5.2统计参数图(SPM)SPM是指对脑功能图像构造统计参数图并进行统计分析的过程,目的是通过对脑功能显像数据进行统计分析从而得出有普遍意义的结论.在脑血流的分析方法中.ROI法被广泛应用在对大脑特定区域的分析中,如基底节,大脑各皮质等,但是许多其他部位未被仔细分析.而且ROI的获得很大程度上依赖人的主观性,重复性差,容易导致偏倚.现在, SPM已经成为国外脑功能显像研究领域的金标准.它不是在图像最后显示时对脑功能图像进行处理,而是直接对原始数据进行统计分析,是基于体素对体素的立体空间分析,可以避免主观性,并符合数据驱动分析的原理,现在主要应用于功能性神经图像的分析[28-30].然而SPM对于不同脑组织结构的标准化处理是基于纯粹的数字化函数,其结果具有更大程度的位移偏差,因而对于严重脑萎缩的图像分析不能进行完全的位置校正p"5.3NEUR0STAT与SPM相类似的软件包,可以根据自带的解剖学模板对原始脑功能显像数据进行体素的立体空间分析.与SPM不同的是,NEUR0STAT规则系统对不同脑组织结构的标准化处理是依据脑皮质投射神经纤维的方向进行的.这一规则使NEUROSTAT在萎缩脑组织中的应用比SPM更具有优势l3ll, 因此常可用于主要人群为年龄较大的老年人的神经功能研究中.5.4easyZ—scoreinagingsystem(eZIS)是一种基于SPM和3D—SS21的SPECT脑血流灌注显像自动化诊断的统计分析方法,可以简便,客观的研究局部脑血流量.它具有与SPM相同的归一化与平滑过程.而且通过共享标准数据库,其图像转换功能使得没有对照组的统计分析成为可能.eZIS在提供三维定位信息方面更具有优势,而且可以对SPM结果中的ROI的Z—score值进行自动化分析. 目前,SPECT影像的eZIS分析因其优越的视觉对比度被临床用于阿尔茨海默病(AD)的早期诊断_33-34].Waragai等_35_用eZIS对SPECT影像分析的研究中认为,eZIS应用于神经变性疾病的早期诊断简便可行,且不受医院,设备等因素的限制.在目前的l临床和科研工作中,SPECT脑血流灌注显像得到越来越多的应用及认可,临床工作中主要是应用99-Tc—ECDSPECT脑显像对脑缺血性疾病的早期发现及辅助诊断,科研工作则主要集中在对脑血管性疾病的治疗评价,生理或病变功能区定位等方面.笔者认为,应用99~Fc—ECD SPECT脑血流灌注显像对脑血管性疾病,尤其是脑缺血性疾病的早期发现,早期诊断有着重要的指导意义,可以更加广泛地应用于临床检查中,而且在区域化脑功能的定位研究中,又是不可或缺的辅助项目.随着临床及研究的不断深入. SPECT脑血流灌注显像方法一定会为脑功能的研究作出更大的贡献.[参考文献】[1]卢洁,李坤成,华扬.短暂性脑缺血发作的比较影像学初步研究[J1. 中国医学影像技术,2002,18(9):867—869.[2]m荣福,李少林.核医学教师用书[M].北京:人民卫生出版社, 2008.263-268.[3]刘海波,常红,田晶,等.~-'rc—ECD脑SPECT显像对急性脑部缺血性疾病早期诊断的应用价值fJ].中国l临床医学影像杂志, 2004,15(9):483—485.[4]何洁,卢洁,许英路,等.核素显像及磁共振灌注成像在诊断缺血性脑血管病中的对比研究[J].中国医学影像技术,2006,22(2):281-283.[51周前.中国影像医学影像核医学卷[M】.北京:人民卫生出版社. 2003.【6]YinY,ShukeN,OkizakiA,eta1.Cerebralactivationduring withholdingurinewithfu11bladderinheMthymenusing叩c—HMPAOSPECT[J].JNuclMed,2006,47(7):1093-1098.[7]孙晓光,修雁,陈绍亮,等.一ECD的正常脑分布模式[J1.中国临床医学,2002,9(6):623—626.[8]KanaiY,HasegawaS,KimuraY,eta1.N—isopropyl-4一[I] iodoamphetamine(23I—IMP)products:adifferenceinradiochemical purity,unmetabolizedfraction,andoctanolextractionfractionin aaefialbloodandregionalbrainuptakeinrats[J1.Annalsof NuclearMedicine,2007,21(7):387—391.[9]PasquierJ,MichelBF,Brenot—RossiI,eta1.V alueof(99m)Tc—ECDSPETforthediagnosisofdementiawithLewybodies叨. 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医学图像三维可视化技术的研究与实现
对提 取 出的股 骨数据 区域增 长 后产生 的掩 膜就 可建立 股骨 三维模 型 ， 图１ 建立 的三 维图像 。 三 维 图像 目前还 是 面网格格 式的模 型 ， 需要 进入３ 一 ｍａ ｒ ｉ ｅ 进行 平滑， 三角 形 减少 ， 质量平 滑 ， 建 立体 网格 模型 。 四、 总 结与展 望 （ １ ） 通 过 文献 调 研 ， 对 三 维重 建 的 步骤 进 行 了概 括 ， 并 认真 剖 析 了 基于
围是２ ２ ６ — ２ ６ ３ ２ ） ， 提 取 出骨组 织的数 据 。 这 一步 很关 键 ， 阈值 的大小 与建好 一个 模型 有很 大关系 ， 然 而阈值 没有一 个统一 的标 准， 要靠 经验 来调 出阈值范 围。 阈
值太 低提 取 出的组 织 会有很 多噪 点 ， 阈值 太高骨 组 织会丢 失 。 着色 的像 素其 灰 度值 落 在 阈值 之 间 ， 故 被提 取 出来
一
、
医学圈像三维■建国内外发展现状
像不 清晰 ， 太小 会导 致骨组 织与其 他组织 连接 较密 ， 提 取殷 骨过程 会更 加繁琐 。
２ ． 数据 的导视化 技术的早 期研究 主要 集中于 欧美发达 国 家，
他 们不 仅奠 定 了医学 可视 化技 术 的理 论 基础 ， 而 且还 开发 了实 际应 用系 统 。 例 如， 以 色列 爱尔新 特公 司 、 荚 国通用 电气 公 司（ Ｇ Ｅ ） 出产 的螺 旋Ｃ Ｔ 扫描设 备 均附 有基 于 图形 工 作站 的 医学 图像 可视 化 系统【 ２ 】 。 而 国 内在 此领 域起 步 较晚 ， 且偏 于理 论研 究 。 对 于实 用的 三维 重建 软件 ， 现 在 国内做 的 比较好 的是 由中科 院研 发 的３ Ｄ ｍｅ ｃ ｌ 。 与国外 的软件 相 比 ， 仍 存在一 定差 距 ， 因此 我国还 需要 大量 的学 习 和研 究 医学 图像 的 可视 化技 术 。 二 三维 Ｉ 建的 重要 步 骤 由各 影像 设备 扫描 得到 图像 ， 再 经 图像 传 输 、 预处理 即 可用于 图像 的分 割 和 三维 重建 。 图像 的预处 理 主要包 括 断层 图像 的滤波 、 校正 、 配 准 与融合 、 断 层
扇形模式下SPECT图像重建算法之比较研究
扇形模式下SPECT图像重建算法之比较研究范毅;卢虹冰;郝重阳;LIANG Zheng-Rong【期刊名称】《第四军医大学学报》【年(卷),期】2007(028)010【摘要】目的:比较研究扇形几何模式下单光子发射断层成像(SPECT)中三种典型重建算法的衰减补偿性能.方法:描述并分析扇行投影方式下FBP, OS-EM和Novikov逆变换三种算法的重建公式,对Shepp-Logan模型进行重建,并对重建时间及图像质量进行比较.结果:基于Novikov逆变换的定量解析重建算法得到的图像质量与OSEM迭代算法近似,而重建时间大大缩短.结论:定量解析重建算法可快速有效补偿非均匀衰减因素影响,具有广泛应用前景.【总页数】3页(P947-949)【作者】范毅;卢虹冰;郝重阳;LIANG Zheng-Rong【作者单位】西北工业大学电子信息学院,陕西,西安,710072;第四军医大学计算机教研室,陕西,西安,710033;西北工业大学电子信息学院,陕西,西安,710072;纽约洲立大学石溪分校,纽约,美国【正文语种】中文【中图分类】Q-334【相关文献】1.动作发展视野下初中阶段篮球教学实验研究——动作发展山峰模式与传统单元模式篮球教学比较研究 [J], 刘霞;王兴泽2.信息技术环境下翻转课堂在中学课堂教学中的应用--以中学数学《弧长和扇形面积》应用翻转课堂教学模式为例 [J], 程期春3.传统学习模式与\"互联网+\"环境下职业培训混合式学习模式比较研究 [J], 周艳4.流水槽和池塘两种养殖模式下大口黑鲈存活率、生长和性腺成熟的比较研究 [J], 孙毅;王裕玉;聂志娟;高建操;徐跑;徐钢春5.新型举国体制下构建触发中国高新技术突破的"扇形"模式研究 [J], 廉思秋;高山行;舒成利;郝志阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《基于医学影像的三维可视化系统的设计与实现》
《基于医学影像的三维可视化系统的设计与实现》一、引言随着医学技术的不断发展，医学影像技术在临床诊断和治疗中扮演着越来越重要的角色。
为了更好地利用医学影像数据，提高诊断的准确性和效率，基于医学影像的三维可视化系统应运而生。
本文将介绍该系统的设计与实现过程，包括系统概述、需求分析、系统设计、关键技术实现以及实验结果与分析等方面。
二、系统概述基于医学影像的三维可视化系统是一种利用计算机技术对医学影像进行三维重建、可视化和分析的系统。
该系统可以实现对医学影像数据的快速处理和准确分析，为医生提供更加直观、全面的诊断信息，从而提高诊断的准确性和效率。
三、需求分析在需求分析阶段，我们需要对用户的需求进行详细的调研和分析，包括医生、研究人员和患者等不同用户的需求。
医生需要快速、准确地获取患者的影像信息，以便进行诊断和治疗；研究人员需要对影像数据进行深入的分析和研究，以发现潜在的疾病特征和规律；患者则需要了解自己的病情和治疗方法。
因此，我们需要设计一个功能丰富、操作简便、界面友好的三维可视化系统，以满足不同用户的需求。
四、系统设计在系统设计阶段，我们需要根据需求分析的结果，设计系统的整体架构、数据库设计、算法选择和界面设计等方面。
系统的整体架构应采用模块化设计，便于后续的维护和扩展。
数据库设计应考虑到数据的存储、管理和访问等方面，以保证数据的可靠性和安全性。
算法选择应考虑到三维重建、可视化和分析等方面的需求，选择合适的算法以提高系统的性能和准确性。
界面设计应注重用户体验，使操作简便、直观。
五、关键技术实现在关键技术实现阶段，我们需要对系统中的关键技术进行研究和实现，包括三维重建、可视化和分析等方面。
其中，三维重建是系统的核心技术之一，需要通过图像配准、立体匹配和三维重构等技术实现对医学影像数据的三维重建。
可视化技术则可以将三维模型以直观的方式呈现给用户，方便用户进行观察和分析。
分析技术则可以对三维模型进行定量和定性的分析，以便医生进行诊断和治疗。
医学图像处理中的三维重建方法与技巧研究
医学图像处理中的三维重建方法与技巧研究概述：三维重建是医学图像处理中一个重要领域，它在提供更准确诊断、制定治疗计划以及研究生物组织结构方面起着关键作用。
本文将介绍医学图像处理中的三维重建方法与技巧的研究进展。
一、基于体素的三维重建方法1. 体素表示法体素是三维空间中的一个离散的点，体素表示法是最常用的三维重建方法之一。
它将医学图像分成小的立方体（体素），通过计算每个体素的属性值来重建物体的三维形状。
2. 体素化算法体素化算法主要分为体素生成和体素优化两个步骤。
体素生成通过确定边界点和连接方法来产生体素网格。
而体素优化则通过平滑和去除无用的体素等技巧提高重建结果的质量。
3. 体素投影重建体素投影重建是将医学图像转换为体素表示，从而实现三维重建的一种方法。
它基于医学图像的切片数据，通过将每个切片映射到体素空间中，从而构建三维模型。
二、基于曲面的三维重建方法1. 计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术可以在医学图像上进行操作，通过选择合适的曲面模型来实现三维重建。
这种方法通常使用有限元或有限差分等技术来对曲面进行建模和优化。
2. 曲面重建算法曲面重建算法的核心是从离散的点云数据中重建出光滑曲面。
常见的曲面重建算法包括Marching Cubes、Poisson等。
这些算法通过使用点云的邻域信息来估计曲面法线，并以此构建更完整的曲面模型。
三、多模态图像融合技术在三维重建中的应用1. 多模态匹配多模态匹配是将不同模态的医学图像进行配准和融合的技术，为三维重建提供更全面和准确的信息。
常用的多模态匹配方法包括基于特征点的方法、基于区域的方法等。
2. 空间变换技术空间变换技术可以将不同模态的医学图像对齐到统一的坐标系中，从而实现图像融合和三维重建。
常用的空间变换技术包括刚体变换、仿射变换等。
四、三维重建的应用领域1. 医学诊断与治疗三维重建技术在医学诊断中起到关键作用。
医生可以通过三维重建的可视化结果更准确地观察病灶位置、形状、大小等信息，从而制定更精确的治疗计划。
基于虚拟现实技术的医学图像三维重建研究
基于虚拟现实技术的医学图像三维重建研究虚拟现实技术的迅猛发展为医学图像的三维重建提供了新的方法和工具。
在传统医学图像研究中，二维图像无法表达出完整的信息，而虚拟现实技术可以将医学图像转化为真实、可交互的三维模型，为医疗诊断和治疗提供更加准确和直观的视觉体验。
本文将重点介绍基于虚拟现实技术的医学图像三维重建研究的背景和应用，并探讨其中的挑战和前景。
一、背景与概述基于虚拟现实技术的医学图像三维重建是指通过将医学图像数据（如CT、MRI等）转化为三维模型，并可通过虚拟现实设备进行交互和观察。
这种技术在医学领域有着广泛的应用。
传统的医学图像通常只能提供二维视角，很难全面准确地观察形态和结构。
而虚拟现实技术能够将医学图像以立体化的方式呈现，使医生能够更加直观地观察、分析和诊断。
二、技术与方法在基于虚拟现实技术的医学图像三维重建研究中，需要运用一系列的技术和方法。
首先，需要利用计算机视觉和图像处理的算法，对医学图像进行分析和识别。
其次，需要将识别到的图像数据转化为点云或三维模型。
最后，需要通过虚拟现实设备将三维模型呈现给用户，并使其能够进行不同视角的观察和交互。
其中，关键技术包括图像分割、图像配准、三维重建和虚拟现实交互等。
在图像分割方面，可以利用深度学习的方法，通过神经网络对医学图像进行像素级别的标注，从而将图像中感兴趣的目标进行区分和分割。
在图像配准方面，可以利用配准算法将不同扫描角度或不同时间段的医学图像进行配准，以消除图像之间的位置和形态差异。
在三维重建方面，可以通过点云、体素网格等方法，将图像数据转化为三维模型，并进行表面重建和纹理映射等处理。
最后，在虚拟现实交互方面，可以利用头戴式显示设备（如VR眼镜）和手柄等设备，为用户提供身临其境的感觉和真实的交互体验，使其能够自由调整视角、进行放大缩小、标记等操作。
三、应用与前景基于虚拟现实技术的医学图像三维重建在医学领域有着广泛的应用前景。
首先，在医学教育方面，通过虚拟现实模拟手术，医学学生可以进行真实场景的操作和训练，提高他们的技术水平和操作经验。
磁共振成像中的三维重建及可视化研究
磁共振成像中的三维重建及可视化研究随着科技的发展，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术已渐渐成为了医疗领域中诊断疾病的重要工具之一。
MRI技术通过对人体进行扫描，并利用磁场和脉冲变化来获取图像。
其中三维重建及可视化技术在MRI技术中发挥了重要作用，可以更加直观、全面的表现扫描到的数据。
本文将介绍磁共振成像中三维重建及可视化的研究现状、应用及其未来发展趋势。
一、研究现状MRI技术已成为医学影像诊断中不可或缺的一部分。
然而，原始的MRI图像在某些情况下缺乏清晰度和空间表现力。
因此，三维重建及可视化技术应运而生。
随着计算机科学的发展，三维重建技术可以把MRI数据还原成三维模型。
医生们可以观察和分析这些模型来进行诊断。
同时，对应的可视化技术也相继出现，包括虚拟现实技术和增强现实技术等，使医生们能够更好地理解、分析和处理所观察到的数据。
二、应用三维重建技术在MRI领域中的应用越来越广泛。
在脊椎、肝脏等部位的诊断中，三维重建配合MRI设备使用可以得到更加准确的的图像结果。
同时，三维重建技术也成为了手术前三维可视化建模的主要手段之一，可以帮助外科医生更好地预测手术前后情况。
在医学研究方面，三维重建技术也被广泛应用。
例如在研究脑部损伤、神经系统疾病、心血管系统疾病等领域，三维重建技术都发挥着至关重要的作用。
三、未来发展趋势随着科技技术的不断进步和运算速度的提高，三维重建技术将会不断发展。
其应用领域也将会越来越广泛，不仅限于医学领域，在设计、建筑、娱乐等领域中也会得到广泛应用。
未来的三维重建技术将不仅仅是模型的还原，还会将数据与其他技术进行深度结合，形成更加实用的研究方案。
例如，与深度学习、人工智能、自然语言处理等技术结合，将可以更深入地了解疾病的发生与发展规律，从而更好地服务于医疗和医学研究领域。
总之，三维重建及可视化技术在MRI领域的应用越来越广泛，其对于研究疾病及诊断方面都发挥着重要作用。
医学影像学标准化在单光子发射计算机断层扫描中的应用
医学影像学标准化在单光子发射计算机断层扫描中的应用医学影像学标准化是现代医学领域中的一个重要概念，它在单光子发射计算机断层扫描(SPECT)技术中的应用也越来越受到关注。
本文将介绍医学影像学标准化的概念、SPECT技术的基本原理，并阐述医学影像学标准化在SPECT中的应用及其重要性。
一、医学影像学标准化的概念医学影像学标准化是指对医学影像数据进行一系列的处理，使其具有一定的标准参照，以便于不同医院、不同设备间的影像数据进行比较、交流和共享。
标准化可以通过对影像采集参数、图像重建算法、图像后处理等方面的统一规范来实现。
通过医学影像学标准化，可以提高影像数据的准确性和可比性，为医学诊断和研究提供更可靠的依据。
二、单光子发射计算机断层扫描技术的基本原理单光子发射计算机断层扫描(SPECT)是一种核医学影像学技术，使用放射性同位素标记的药物作为探针，通过测量这些探针在患者体内的分布情况，来反映患者的生物代谢过程和器官功能。
SPECT技术基于射线吸收的原理，通过旋转探测器和多个探测角度的数据采集，可以重建出患者体内的三维功能图像。
SPECT在心血管疾病、神经精神疾病、肿瘤等疾病的诊断和治疗中有着广泛的应用。
三、医学影像学标准化在SPECT中的应用医学影像学标准化在SPECT中的应用主要包括以下几个方面：1. 影像采集参数的标准化在SPECT影像采集过程中，参数的选择和设置对最终图像的质量和准确性有着重要影响。
通过对影像采集参数进行标准化，可以保证不同设备、不同操作人员所得到的影像数据具有可比性，并提高图像的准确性和一致性。
常见的标准化影像采集参数包括放射性同位素的选择、剂量的控制、扫描持续时间等。
2. 图像重建算法的标准化图像重建算法是将采集到的大量二维投影数据转化为三维图像的关键过程。
不同的重建算法可能导致不同的图像质量和准确度。
通过对图像重建算法进行标准化，可以提高不同设备之间图像质量的可比性，同时为不同机构的研究者提供一致的图像数据，方便数据的共享和交流。
三维PET图像重建的若干方法研究的开题报告
三维PET图像重建的若干方法研究的开题报告一、研究背景与意义正电子发射断层成像（PET）是一种基于核医学的检查技术，可应用于肿瘤疾病诊断、评估及治疗过程中，由于其较高的精准度和无创性，得到了广泛的应用。
PET成像是通过检测放射性药物在体内的分布情况，可用于疾病诊断、评估和治疗，对于影像学诊断及治疗策略的制定有着极大的帮助。
在进行PET成像时，需要通过对探测器信号的采集与处理，生成三维体积图像。
而探测器信号的采集和处理涉及到PET图像的重建，即将探测器信号转化为三维物体图像。
然而，PET成像技术的特殊性质，如计数率低，分辨率低，探测器随时间漂移等问题，都对图像重建造成了困难。
因此，探究三维PET图像重建方法，对于提高PET成像的精确度、效率和可靠性，对于PET成像技术的发展和临床应用都具有重要的意义。
二、研究内容与方案1. 研究内容：本研究将主要研究三维PET图像重建的若干方法，包括基于迭代算法的PET重建方法、基于模型的PET重建方法、基于深度学习的PET重建方法等多种方法。
此外，还将探讨相关技术的优缺点，及其在临床应用中的实际效果。
2. 研究方案：（1）收集和整理PET成像相关的文献资料，从PET图像重建方面入手，对PET成像技术的发展和现状进行比较全面的介绍。
（2）介绍PET图像重建的基本原理和方法，包括常用的迭代算法、模型建立和深度学习方法。
（3）分析PET图像重建方法的优缺点以及在实际应用中的局限性，并探讨如何对其进行改进和优化。
（4）通过算法模拟和实验验证，分析不同方法的精度、效率和稳定性，针对不同的数据类型和质量需求进行比较和选择，为PET图像重建提供更加稳定、高效、精准的方法。
三、预期成果与意义1. 预期成果：通过对PET图像重建的若干方法进行系统研究和比较，得到具有实用性、稳定性和精度的PET图像重建方法，可提高PET成像的精确度、效率和可靠性，对临床应用PET技术的发展和应用具有重要的意义。
医学图像可视化12-1_CQ
————VC++实现实例
王常青 生物医学工程学院∙医学信息工程系
2020.03.09
主讲教师简介
2
主讲教师简介
邮箱：wangchangqing@ QQ: 780170321
3
课程信息
课程性质：必修课； 课程类别：专业方向课； 学时学分：45学时、2.5学分； 考核方式：考试； 上课时间：每周一9~11节(19:00~21:20) ； 上课地点：力行楼1607机房.
39
1.3 医学图像三维可视化系统的组成
40
单选题 2分
伦琴是哪一年发现X射线的( )
A 1858年 B 1885年 C 1886年 D 1895年
提交
35
1.2.2 功能图像
放射性核素图像
放射性核素成像(RNI)技术是通过将放射性示踪 药物引入人体内,使带有放射性核素的示踪原子 进入要成像的组织,然后测量放射性核素在人体 内的分布来成像的一种技术.
36
1.2.2 功能图像
37
1.2.2 功能图像
MRI vs. fMRI
MRI studies brain anatomy
是在X线影像增强器 ---电视 系统的基 础上,采 用 模/数转换器将模拟视频信号转换成数字信号后 送入计算机系统中进行存储、分析、显示的技 术.
23
1.2.1 解剖图像
数 字 减 影 血 管 造 影 (digital subtraction angiography, DSA)
是利用数字图像处理技术中的图像几何运算功 能,将造影剂注入前后的数字化X线图像进行相 减操作,获得两帧图像的差异部分——被造影剂 充盈的血管影像.
三维可视化技术在临床医学的应用研究
三维可视化技术在临床医学的应用研究
周明全; 耿国华
【期刊名称】《《CT理论与应用研究》》
【年(卷),期】2000(009)0z1
【摘要】本文首先介绍了西北大学可视化研究所研制的三维医学可视化分析系统。
在此基础上，系统被用于医学影象数据库、虚拟内窥镜技术、远程会诊系统和计算机医学辅助教学系统的开发平台，为医学图象可视化提供了有力的工具．
【总页数】4页(P129-132)
【作者】周明全; 耿国华
【作者单位】西北大学计算机科学系，西安，710069
【正文语种】中文
【相关文献】
1.水利水电工程三维可视化技术与应用研究 [J], 李青常
2.水利水电工程三维可视化技术与应用研究 [J], 詹超
3.基于WebGL技术的轨道交通综合安防系统三维可视化应用研究 [J], 谢燕刚;张毅;刘正寅
4.三维可视化技术在房地产管理中的应用研究 [J], 王晓阳;苏俊武
5.三维可视化技术在房地产管理中的应用研究 [J], 王晓阳;苏俊武
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碲锌镉心脏专用SPECT一日法快速成像可行性初步研究
碲锌镉心脏专用SPECT一日法快速成像可行性初步研究薛冰冰;李剑明【摘要】目的:探讨一日法碲锌镉(cadmium zinc telluride,CZT)心脏专用SPECT(NM530c)早期快速心肌灌注显像(myocardial perfusion imaging,MPI)的可行性,以期缩短显像等待时间.方法:连续收集2018年4月1—30日行一日法静息/运动负荷门控心肌灌注显像(gated myocardial perfusion imaging,G-MPI)的患者,静息、负荷显像均于注射显像剂15 min内行早期显像(early imaging,EI)、至少30 min后行延迟显像(late imaging,LI),对EI和LI 2种图像质量、心肌灌注及心功能参数进行统计学对比分析.结果:共收集30例患者(男11例、女19例),静息显像EI、LI分别有26例(86％)、29例(97％)的图像质量为好或优秀(两者比较P>0.05),负荷显像EI、LI均有29例(97％)图像质量为好或优秀(两者比较P>0.05).静息、负荷EI与LI心肌灌注及心功能参数均无统计学差异(P>0.05),并且具有强相关性及良好的一致性.结论:一日法CZT SPECT MPI早期快速成像方便可行且不影响图像诊断,具有较好的临床实用性和可行性.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2018(039)012【总页数】5页(P52-56)【关键词】单光子发射型计算机断层成像;心肌灌注显像;早期显像;延迟显像;碲锌镉【作者】薛冰冰;李剑明【作者单位】泰达国际心血管病医院,天津医科大学心血管病临床学院核医学科,天津 300457;泰达国际心血管病医院,天津医科大学心血管病临床学院核医学科,天津300457【正文语种】中文【中图分类】R318;R814.420 引言SPECT心肌灌注显像（myocardial perfusion imaging，MPI）是国内外公认的对冠心病的诊断、危险分层、预后评估和疗效评价等方面具有重要临床价值的无创性影像技术[1]。
计算机辅助DICOM医学图像三维可视化研究
计算机辅助DICOM医学图像三维可视化研究
董艳莉;朱一峰
【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(032)003
【摘要】医学图像三维重建是当前医学图像可视化技术研究的热点,在诊断医学、模拟仿真及手术规划等方面具有广泛的运用.因此,医学图像三维重建技术的研究,具有重要的学术意义和应用价值.本文重点对基于DICOM3.0标准的医学图像三维重建的关键技术进行了研究,包括DICOM3.0文件格式的读写及格式转换、面绘制算法研究与实现、体绘制算法研究与实现这三部分内容.本文在对MITK(Medical imaging Tool Kit)深入了解其技术内幕的基础上,利用其工具包提供的底层算法,在Visual C++ 6.0开发环境下实现了各种功能.
【总页数】5页(P64-68)
【作者】董艳莉;朱一峰
【作者单位】朝阳市卫生学校实验中心护理组,辽宁朝阳122000;朝阳师范高等专科学校教务处,辽宁朝阳122000
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41;R445
【相关文献】
1.SPECT医学图像重建及三维可视化研究 [J], 尹方平
2.基于VTK的DICOM医学图像三维重建研究 [J], 伍亚军;周正东;戴耀东
3.基于WebGL的医学图像三维可视化研究① [J], 方路平;李国鹏;洪文杰;万铮结
4.利用VTK实现DICOM医学图像三维重建 [J], 王树秀;雷声;常发亮
5.DICOM医学图像三维可视化系统的研究 [J], 骆建珍;林财兴;孟令旗;杨安荣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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网络出版时间：2015-04-11 10:37网络出版地址：/kcms/detail/37.1132.S.20150411.1037.001.html山东农业大学学报(自然科学版),2015,46(4):000-000VOL.46NO.42015Journal of Shandong Agricultural University(Natural Science Edition)doi:10.3969/j.issn.1000-2324.2015.04.000SPECT医学图像重建及三维可视化研究尹方平广东机电职业技术学院,广东广州510515摘要:针对医学图像的建模与仿真分析需要解决的几何模型精度以及物理模型的正确性问题。
本文以人体牙齿CT图像为例实现建模过程，在牙齿分割方面提出了改进。
通过读取DICOM图像，对断层图像进行裁剪和分割等预处理，使用移动立方体（MC）算法进行表面重构，同时使用二次误差度量（QEM）方法消减和平滑三角面片，使用德洛奈（Delaunay）方法由面网格推出体网格模型。
最后根据目标组织选择相应的物理模型采用有限元（FEM）方法做分析，使用OpenGL显示等效应力的受力云图。
分析结果显示，本文所进行的SPECT医学图像重建及三维可视化研究结果与理论相符，通过SPECT图像的重建，更加准确的了解到人体组织器官的功能和代谢情况，提高了医护人员对疾病诊断的准确率。
关键词:SPECT;图像分割;三维建模;可视化中图法分类号:R318.6文献标识码:A文章编号:1000-2324(2015)04-0000-05Study on SPECT Medical Image Reconstruction and3D VisualizationYIN Fang-pingGuangdong Mechanical and Electrical College,Guangzhou510515,ChinaAbstract:Aiming at solving the problem of medical image accuracy of geometry model and physical model in the analysisof modeling and simulation.This paper took teeth CT image as an example to realize human teeth modeling process,and putforward to improve the tooth segmentation.By reading the DICOM image,the tomographic images were cropped andsegmenting,and used the marching cubes(MC)algorithm for surface reconstruction.At the same time,we used two quadricerror metric(QEM)method to reduce and smooth triangle piece,and used the method of Delaunay to deduce the surfacemesh to the solid mesh.Finally,we analyzed the target tissue with the finite element method(FEM)according to the choiceof the corresponding physical model,and used the OpenGL to display the stress cloud atlas of equivalent stress.The resultsshowed that the reconstruction of medical image SPECT and3D visualization were consistent with the theory.Doctors couldunderstand the human tissue and organ more accurately through the reconstruction of SPECT images,and the correct rate ofdiagnosis on disease had been improved.Keywords:SPECT;image segmentation;3D modeling;visualization为了提高医疗诊断和治疗规划的准确性与科学性，二维断层图像序列需要转变成为具有直观立体效果的图像，以医学图像（SPECT、PET、CT、MRI等）三维可视化和计算机虚拟现实为基础的生物建模与仿真技术应用于现代医学的各个领域，如虚拟手术，牙齿正畸，人工股骨置换、外科整形等，呈现出较好的发展前景[1]。
生物医学建模仿真的研究有着很好的理论意义和应用价值，因此已成为各国相关专家学者研究的一个热点[2]。
目前,基于医学图像可视化的生物力学仿真建模受到越来越广泛的关注，成为生物力学研究的热点领域之一[3]。
近年来，国内许多高校和科研院所相继开展了医学仿真相关问题的研究，其中在医学图像的几何建模方面做了大量的研究并取得了突出的成果[4]。
然而，目前虚拟人技术还仅仅处于起步阶段，要想实现能够完全模拟人体的各种生理过程还需要更多努力。
1医学图像的可视化体绘制方法与面绘制相比，不仅可以显示体数据的表面信息[5]，还可以体现其内部信息，从而能实现三维医学影像数据的真实感显示，有利于医生的全面理解与分析，因此在辅助医生诊断和治疗方面有着非常重要的作用。
由于体绘制方法具有明显的可以实施并行计算的特点，为了能够可以实时显示，本文采用基于GPU的统一计算设备架构（Compute Unified Device Arehiteeture,CUDA）技术对光线投射法执行并行计算。
收稿日期:2013-05-10修回日期:2013-05-22作者简介:尹方平(1980-),男,广东惠州人,副教授,硕士,主要从事应用数学，图像处理，模式识别、智能交通研究.E-mail:styfp@·000·山东农业大学学报(自然科学版)第46卷由DICOM 文件读入的医学图像数据通常比较大，有上百M ，医生感兴趣的组织器官的信息只是图像中的一部分，但是其他的背景信息还是要读入，因此可以预先做粗分割，把感兴趣的部位以立方体形式大致划分出，这样的图像数据就大大减少，利于以后的图像的处理[6]。
本文以牙齿CT 图像为例，分析牙齿的结构特点（牙冠部分相接触；牙根部分与牙槽骨离的很近，灰度值也相近；在牙根部分有分叉，拓扑结构产生变化），结合现已有的分割方法的特性，发现基于形变模型的水平集分割方法是最适合牙齿分割的。
如图1所示为牙齿的水平集分割程序框图图1水平集分割的程序框图Fig.1The block diagram of level set segmentation其中，中间初始层使用水平集方法分割的参数定义如表1，除v 的取值不同外，初始轮廓设定在外部与设定在内部时的其他参数值均一样。
表1初始层轮廓参数设定Table 1The parameters set for initial layer profile δ（标准差）μλλt ετ（迭代次数）1.50.04 3.0-2.0/2.0 5.0 1.5300分割中间初始层的结果如图2所示，图2(a)初始轮廓设定在外部，图2(b)初始轮廓设定在内部。
左幅是手动设定的中间层（初始层）初始轮廓，右幅是中间层（初始层）的分割结果。
(a)初始轮廓在外部(b)初始轮廓在内部图2使用Li 的方法进行分割初始层Fig.2The initial layer based on Li segmentation method从图2中可以看到，把初始轮廓放在内部的效果相对好些。
初始轮廓在外部，以图2(a)所示，在尖部的灰度值与周围的背景的灰度值相差比较大，因此轮廓向内部收缩也就找到了背景与尖部区域之间的边界；初始轮廓在内部，以图2(b)所示，在尖部的灰度值与内部的目标的灰度值相差也比较大，因此轮廓向外扩张也就找到了目标与尖部之间的边界。
2医学图像的三维建模2.1面绘制-移动立方体算法第4期尹方平:SPECT 医学图像重建及三维可视化研究·000·医学图像建立几何模型是使用有限元进行仿真分析的基础。
模型的表面实际上是连续的等值面[7]。
假设医学体数据中的某个体素的一个数据点的像素值小于给定阈值，则将该数据点标记为1，认为该数据点位于等值面的外部；相反，如果像素值大于(或等于)等值面的阈值，则将该数据点标记为0，认为该数据点位于等值面内部。
如果在某体素中它的一条边的一个端点在等值面内，而另一个端点在等值面之外，那么，该边必定会和等值面相交。
因此，通过对体素中数据点标记的判断结果就可以知道该体素是否和等值面相交，还可以知道体素中哪条边上有交点。
实际上只需要处理与等值面相交的体素就可以完成对医学三维模型的绘制了，这样能尽量的减少数据计算量。
为了利用图形硬件显示等值面图像，必须给出形成等值面的各三角面片的法向（或三角形顶点的法向），并选择适当的光照模型和材质进行光照计算，才可生成真实感图形显示。
对于等值面上的每一点，其沿面的切线方向的梯度分量应该是零，因此，该点的梯度矢量的方向也就代表了等值面在该点的法向。
设医学体数据中某空间坐标为(I,j,k)的数据点像素值用I(I,j,k)表示，则该数据点处的梯度值为g=(gx,gy,gz)。
使用中心差分法来计算体素中该数据点处的梯度：()()()()()()1,,1,,/2,1,,1,/2,,1,,1/2x y z g I i j k I i j k g I i j k I i j k g I i j k I i j k =--+⎡⎤⎣⎦=--+⎡⎤⎣⎦=--+⎡⎤⎣⎦（1）对g 进行归一化计算，得到该数据点处的单位法向量为：gN g =（2）同样利用线性插值，可以求得构成等值面的三角面片在某体素边上的交点的法向量，即三角面片各个顶点的法向量：()()()112121/N N v a lu e V N N V V =+-⨯--(3)其中，N1、N2是三角形顶点所在边的两端点的法向量，V1、V2分别为两端点的像素值，value 为该等值面的阈值[8]。
最后利用求得的三角面片的三个顶点的法向量就可以实现等值面的真实绘制。