医学图像处理三维重建 ppt课件
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医学图像重建PPT课件
一 图像重建概述
不同密度体对射 线的吸收不同
对射线吸收相同的 物体，密度分布不 一定相同
入射线
高密度体
少透射
入射线
低密度体
多透射
入射线
6ห้องสมุดไป่ตู้
222
入射线
6
141
等强度射线穿透不同组织的情况
投影重建时需要一系列投影才能重建图像。
一 图像重建概述
➢ 分类：
➢ 根据被用于图像重建的数据获取方式不同，可以分为透射 断层成像、发射断层成像和反射断层成像。
插值法：
▪ （一）基于图像灰度值的插值方法,如最邻近法、线性插值、样条插值等 ,它是在原始灰度断层图像序列中,补充若干“缺少”的切片,这些插值方 法插值精度不高,产生的新断面通常会出现边缘模糊,由此重建出的三维 真实感图像表面会产生伪像,当断层间距较大时这一点尤其明显. 造成这 种情况的主要原因是这些方法没有考虑到物体几何形状的变化.
二 医学CT三维图像重建
➢ 投影切片定理给出了图像在空间域上对X轴的投影与 在频率域u轴的切片之间的关系。
➢ 如果投影并非是对X轴进行，而是对与空间域的X 轴成 任意的角度θ的方向进行投影，是否频率域上存在与u 轴成相同的θ角度方向上的中心切片与之相等？
➢ 回答是肯定的，二维傅里叶变换的旋转定理。
3) 为了增强三维逼真效果，突出显示不同组织的边界面，可以采样表面 并进行明暗计算。
➢ 根据成像所采用的射线波长不同，可以分为X射线成像、 超声成像、微波成像、激光共焦成像等。
二 医学CT三维图像重建
（1）现实意义
在医疗诊断中,观察病人的一组二维CT 断层图像是医生诊断病情的常 规方式. 现有的医用X 射线CT 装置得到的序列断层图像,虽能反映断层内 的组织信息,但无法直接得到三维空间内组织的形貌(如肺部肿瘤的表面 纹理) 和组织间相互关联的情况,而临床上组织形貌对组织定征(如肿瘤的 恶性或良性判断) 却是十分重要的. 仅靠CT 断层图像信息,要准确地确定 病变体的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织之间的空间关系,是 十分困难的.因此迫切需要一种行之有效的工具来完成对人体器官、软组 织和病变体的三维重建和三维显示. CT 三维重建技术就是辅助医生对病 变体和周围组织进行分析和显示的有效工具,它极大地提高了医疗诊断的 准确性和科学性。
《图像重建》PPT课件
问题：能否从投影中恢复原图？ 答复是肯定的。
一条射线沿S方向穿透物体，投影轴与X轴夹角为θ，建立s、t坐标系，（t,s）与(x,y)关系如下式：
x
t
y
s
Pθ(t)
θ
X射线
沿射线积分组成投影 ：
物理上X射线到人体有个衰减过程： u(x,y)为x,y点的衰减 Nin ：入射X射线（光子）强度 Nd ：X射线穿透物体后被检测到的射线强度 u(x,y)：反映了人体各部组织的性质，在空间上的分布就形成了人体 各部组织的图象，所以u(x,y)实质上反映了图象灰度分布f(x,y)
x
y
θHale Waihona Puke uv由付氏变换旋转不变性： 得： S (w) = F(w, ) = F(u,v) （一般的S(w)=F(u,v)的证明） 证：f(t,s)是f(x,y)在t,s坐标上为函数
x
t
y
s
θ
u
ω
v
θ
实现流程： 极坐标 直角坐标
①
将①带入上式，可得到采样点上的值：
k = 0,1…N-1 共N个（即实际投影范围有限）
3、
当w→0时，G(w)~|w|
4. 当ε→0时，G（w）≈|w|
讨论： 取样点N大则τ小；N小则τ大，混迭严重。 因P(T)有限范围，S(W)为无限带宽，混迭必然。 实现方法多种多样，取决于速度与精度，投影个数，K有关。实用为弧面，几何关系更复杂一些。
目前拓展、超声CT、放射性同位素正电子CT、质子CT。 CT其它领域：电子天文学、电子显微镜。
9.3 滤波——逆投影法 极坐标F的付氏反变换：
F(ω,θ)
v
u
θ
v
u
π
一条射线沿S方向穿透物体，投影轴与X轴夹角为θ，建立s、t坐标系，（t,s）与(x,y)关系如下式：
x
t
y
s
Pθ(t)
θ
X射线
沿射线积分组成投影 ：
物理上X射线到人体有个衰减过程： u(x,y)为x,y点的衰减 Nin ：入射X射线（光子）强度 Nd ：X射线穿透物体后被检测到的射线强度 u(x,y)：反映了人体各部组织的性质，在空间上的分布就形成了人体 各部组织的图象，所以u(x,y)实质上反映了图象灰度分布f(x,y)
x
y
θHale Waihona Puke uv由付氏变换旋转不变性： 得： S (w) = F(w, ) = F(u,v) （一般的S(w)=F(u,v)的证明） 证：f(t,s)是f(x,y)在t,s坐标上为函数
x
t
y
s
θ
u
ω
v
θ
实现流程： 极坐标 直角坐标
①
将①带入上式，可得到采样点上的值：
k = 0,1…N-1 共N个（即实际投影范围有限）
3、
当w→0时，G(w)~|w|
4. 当ε→0时，G（w）≈|w|
讨论： 取样点N大则τ小；N小则τ大，混迭严重。 因P(T)有限范围，S(W)为无限带宽，混迭必然。 实现方法多种多样，取决于速度与精度，投影个数，K有关。实用为弧面，几何关系更复杂一些。
目前拓展、超声CT、放射性同位素正电子CT、质子CT。 CT其它领域：电子天文学、电子显微镜。
9.3 滤波——逆投影法 极坐标F的付氏反变换：
F(ω,θ)
v
u
θ
v
u
π
医学图像处理三维重建 ppt课件
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
• 正确读取DICOM图像后，通过选择合适的
窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT图 像转换为256色BMP图像。
医学图像处理三维重建
• 图像增强就是根据某种应用的需要，人为
地突出输入图像中的某些信息，从而抑制 或消除另一些信息的处理过程。使输入图 像具有更好的图像质量，有利于分析及识 别。
• 在提取边界时，首先采用逐行扫描图片的办法，
通过比较相邻点的像素值，找到图片边界上的一 个点，作为切片边界的起点。然后从边界起点开 始，逐点判断与之相邻的八个点，如果某点为图 片的边界点则记录下，并开始下一步判断，直到 获得所有的边界点。
医学图像处理三维重建
• 重建数据的采集 • 边界轮廓曲线表面绘制 • 设置图像的颜色及阴影效果 • 设置图像光照效果 • 设置图像的显示效果
缘检测的要求比较高；
• 而体重建直接基于体数据进行显示，避免了
重建过程中所造成的伪像痕迹，但运算量较 大。
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
• 为了有利于从图像中准确地提取出有用的
信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
• 图像格式的转换与读写 • 图像增强
第7章常见的医学图像三维重建软件92精品PPT课件
行业PPT模板：/hangye/ PPT素材下载：/sucai/ PPT图表下载：/tubiao/ PPT教程： /powerpoint/ Excel教程：/excel/ PPT课件下载：/kejian/ 试卷下载：/shiti/
第7章 常见的医学图 像三维重建软件
7.1 医学图像三维重建简介
提 7.2 医学图像三维重建软件简介 要
要点
本章要点
了解医学图像三维重建技术的国内外研究现状。
《
熟悉三维重建的过程。
》
熟悉医学图像三维重建软件。
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/computer
教学 设计
曲面建模模块 （+NURBS Module）
/computer
7.2.3 3D-DOCTOR软件
3D-DOCTOR由Able Software公司开发，是先进的三维
建模、图像处理和测量软件。其主要应用于MRI（磁共振
成像）、CT（计算机断层扫描）、PET（正电子计算机
断层扫描）、显微镜技术图像、科学研究和工业领域的
《 图像处理。
》
3D-DOCTOR软件界面
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7.2.4 Amira软件
Amira是Visage Imaging公司出品的一
个功能强大的、多方面的工具软件，用
于对数据进行可视化、操纵控制。
2．Mimics软件建模的基本步骤
《
》
Mimics软件建模 基本步骤
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7.2.2 Simpleware软件
Simpleware软件是Simpleware公司的一款3D图像数字
建模与有限元分析软件。它可以全面处理3D图像数据
CT三维重建技术临床应用PPT课件
第二对角支动脉瘤
第21页/共80页
冠 状 动 脉 动 静 脉 瘘 C TA 表 现
右冠状动脉窦房结支—肺动脉瘘显示
第22页/共80页
头 颈 部 C TA 的 成 像 技 术 与 应 用
多 层 螺 旋 C T 的 头 颈 部 C TA 检 查 是 一 种 无 创 、 快 速 、 安 全的头颈部血管病变的检查方法，作为头颈部血管病变的筛 选手段，可同DSA检查相媲美，可在很大程度上取代有创的 DSA检查。
第27页/共80页
先 天 变 异 的 C TA 表 现
左侧椎动脉先天缺失
第28页/共80页
头颈部动脉粥样硬化
左侧颈内动脉钙斑
第29页/共80页
头颈部动脉粥样硬化
双侧颈内动脉硬斑、钙斑并局部血管狭窄
第30页/共80页
头颈部动脉粥样硬化
双侧颈总动脉近段、中、远端、双侧颈内动脉近、远端钙斑形成
第31页/共80页
常使用最大密度投影法（MIP）、最小密度投影法 (MinP)、表面覆盖法(SSD)、多曲面重建（MPR）、容积 再现法（VR）或血管专用软件等重组技术显示图像。通过 测量感兴趣区血管最高值和最低值，定出相应的阈值，通过 编辑软件减去软组织、骨头、静脉或不相关的动脉，在不同 的角度对图像进行观察、分析。
第44页/共80页
主动脉夹层显示
第45页/共80页
主动脉夹层显示
第46页/共80页
主动脉瘤显示
第47页/共80页
肺动脉栓塞
右肺动脉干远段、右肺上叶支及左肺上叶、舌叶、下叶分支栓塞
第48页/共80页
肺动脉发育不良
右侧肺动脉先天发育不良
第49页/共80页
肺动、静脉瘘
双肺下叶外基底段及右肺下叶背段动静脉瘘
第21页/共80页
冠 状 动 脉 动 静 脉 瘘 C TA 表 现
右冠状动脉窦房结支—肺动脉瘘显示
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头 颈 部 C TA 的 成 像 技 术 与 应 用
多 层 螺 旋 C T 的 头 颈 部 C TA 检 查 是 一 种 无 创 、 快 速 、 安 全的头颈部血管病变的检查方法，作为头颈部血管病变的筛 选手段，可同DSA检查相媲美，可在很大程度上取代有创的 DSA检查。
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先 天 变 异 的 C TA 表 现
左侧椎动脉先天缺失
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头颈部动脉粥样硬化
左侧颈内动脉钙斑
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头颈部动脉粥样硬化
双侧颈内动脉硬斑、钙斑并局部血管狭窄
第30页/共80页
头颈部动脉粥样硬化
双侧颈总动脉近段、中、远端、双侧颈内动脉近、远端钙斑形成
第31页/共80页
常使用最大密度投影法（MIP）、最小密度投影法 (MinP)、表面覆盖法(SSD)、多曲面重建（MPR）、容积 再现法（VR）或血管专用软件等重组技术显示图像。通过 测量感兴趣区血管最高值和最低值，定出相应的阈值，通过 编辑软件减去软组织、骨头、静脉或不相关的动脉，在不同 的角度对图像进行观察、分析。
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主动脉夹层显示
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主动脉夹层显示
第46页/共80页
主动脉瘤显示
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肺动脉栓塞
右肺动脉干远段、右肺上叶支及左肺上叶、舌叶、下叶分支栓塞
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肺动脉发育不良
右侧肺动脉先天发育不良
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肺动、静脉瘘
双肺下叶外基底段及右肺下叶背段动静脉瘘
图像重建的应用(医学PPT课件)
这种破坏性方法。
透射模型： 建立于能量通过物体后有一部分能量会被吸收 的基础之上， 透射模型经常用在射线、电子射 线及光线和热辐射的情况下，这些都遵从一定 的吸收法则。
发射模型： 发射也可用来确定物体的位置，并且这种方法 已经广泛用于正电子检测，它是通过在相反的 方向分解散射的两束伽码射线来实现的。这两 束射线的渡越时间可用来确定物体的位置。
n
0
显然：
1
2
n
1 d
ln 0 n
即：
n i 1
i
1 ln 0
d
n
一般情况探测器只能测到 n ，而不能测
到 1 ,2 ,n
，因此，不能直
接记录各个体素的衰减系数。但是，我们可以
用数学方法求解衰减系数。
假如某断层有2X2个体素，相应的衰减系数
为 11, 12, 21, 22 ，
Hale Waihona Puke 图 6—2 计算机断层成像示意图
X射线经过物体时会发生衰减，不同的物质 衰减是不一样的。得到物体的图像最直接的方 法是沿Y轴经衰减直接在胶片上成像。这与X 光透视是一样的，这样会造成图像的混叠。
CT是把物体在Y轴方向划分成小的薄片，薄片 的厚度是一个重要的参数，一般为1、2、3、4、 5、8、10mm。每个薄片再划分为小的单元，即 体素。
对于人体来说，大部分软组织是水，但仍有足 够的差异，不同的组织以产生不同的衰减系数， 这样就可以给出一幅解剖的横截面图像，该图 像包括一些定量信息。
衰减系数的单位 H——（豪斯费尔德） (Hounsfield)
一个豪斯费尔德等于水的衰减系数的0.1%，标度 上选择 H（水）=0
H
(组织) (水) (水)
透射模型： 建立于能量通过物体后有一部分能量会被吸收 的基础之上， 透射模型经常用在射线、电子射 线及光线和热辐射的情况下，这些都遵从一定 的吸收法则。
发射模型： 发射也可用来确定物体的位置，并且这种方法 已经广泛用于正电子检测，它是通过在相反的 方向分解散射的两束伽码射线来实现的。这两 束射线的渡越时间可用来确定物体的位置。
n
0
显然：
1
2
n
1 d
ln 0 n
即：
n i 1
i
1 ln 0
d
n
一般情况探测器只能测到 n ，而不能测
到 1 ,2 ,n
，因此，不能直
接记录各个体素的衰减系数。但是，我们可以
用数学方法求解衰减系数。
假如某断层有2X2个体素，相应的衰减系数
为 11, 12, 21, 22 ，
Hale Waihona Puke 图 6—2 计算机断层成像示意图
X射线经过物体时会发生衰减，不同的物质 衰减是不一样的。得到物体的图像最直接的方 法是沿Y轴经衰减直接在胶片上成像。这与X 光透视是一样的，这样会造成图像的混叠。
CT是把物体在Y轴方向划分成小的薄片，薄片 的厚度是一个重要的参数，一般为1、2、3、4、 5、8、10mm。每个薄片再划分为小的单元，即 体素。
对于人体来说，大部分软组织是水，但仍有足 够的差异，不同的组织以产生不同的衰减系数， 这样就可以给出一幅解剖的横截面图像，该图 像包括一些定量信息。
衰减系数的单位 H——（豪斯费尔德） (Hounsfield)
一个豪斯费尔德等于水的衰减系数的0.1%，标度 上选择 H（水）=0
H
(组织) (水) (水)
《医学图象处理》课件
1 概述
2 分类
医学图像包括X射线、CT扫描、MRI等多 种模态，提供了人体内部结构和功能的可 视化展示。
医学图像可以分为结构图像（如X射线） 和功能图像（如PET扫描），每种图像有 不同的特点和应用。
医学图像处理的基本任务
1 图像增强
通过去除噪声、增强对比度等技术，改善图像质量，使医生能够更清晰地识别病变。
2 纹理分析
提取并量化图像中的纹理特征，用于区分不同类型的组织和病变。
3 局部特征描述
通过提取局部特征点和描述符，对医学图像进行匹配和配准。
医学图像三维重建技术
1 体素重建
通过对医学图像中的体素进行堆叠和插值，重建出三维的图像。
2 表面重建
根据医学图像中的边缘和特征点，重建出物体的三维表面模型。
3 成像重建
医学图像处理在临床上的应用
1 病变检测和诊断
2 手术导航和规划
3 病理分析与研究
通过医学图像处理技术， 医生可以更准确地检测 和诊断各种病变，如肿 瘤和血管异常。
利用医学图像重建技术， 医生可以在手术前精确 导航和规划手术过程， 提高手术成功率。
医学图像处理技术可以 帮助病理学家分析组织 切片图像，研究疾病的 病理特征和发展过程。
利用多幅二维医学图像的投影信息，恢复出三维物体的内部结构。
常用的医学图像处理工具
1 ImageJ
一款开源的图像处理软 件，提供了多种用于医 学图像分析和处理的工 具。
2 3D Slicer
用于医学图像的可视化 和分析，提供了各种算 法和插件用于医学图像 的处理。
3 OpenCV
一套用于计算机视觉和 图像处理的通用开源库， 提供了丰富的图像处理 算法和工具。
《医学图像重建》课件
重建算法与图像质量评估
迭代和分析方法
我们将介绍图像重建中常用的迭代和分析算法，以 及它们在不同场景中的适用性。
分辨率、噪声、对比度和伪影
我们将讨论图像质量评估的重要指标，包括图像的 分辨率、噪声水平、对比度和伪影情况。
图像后处理与临床应用
1
滤波、分割和配准
图像后处理技术可以进一步优化重建图像的质量和清晰度，有助于医生更准确地 诊断疾病和制定治疗方案。
2
诊断和治疗规划
重建图像在临床实践中发挥着重要作用，为医生提供决策支持，帮助他们更好地 理解患者的病情和需求。
医学图像重建的高级技术
压缩感知
压缩感知是一种新兴的图像重建技术，通过利用图 像的稀疏性，可以以更少的数据获得高质量的图像 重建结果。
深度学习
深度学习是一种基于人工神经网络的图像重建方法， 它可以通过大规模的训练数据来提高图像重建的准 确性和鲁棒性。未来来自展方向 - 个性化和实时 重建
未来的医学图像重建将趋向于个性化和实时化，为患者提供更精确、高效的 诊断和治疗方案。
总结 - 医学图像重建的潜力
医学图像重建是一门充满潜力的学科，它为我们揭示了人体内部的奥秘，改 变了临床实践的方式和效果。
《医学图像重建》PPT课 件
医学图像重建是一门重要的学科，可以揭示人体内部的细节结构，有助于疾 病的诊断和治疗规划。本课程将介绍图像重建的基本原理和技术，以及其在 临床实践中的应用和未来发展方向。
引言 - 医学图像重建的重要性
通过医学图像重建，我们能够实时获取高质量的影像数据，从而揭示人体内部的结构和组织。这对于疾病的早 期诊断和治疗规划至关重要。
图像重建的基本原理
1
滤波和反投影
图像重建的基本原理包括滤波和反投影技术，通过这些方法可以从投影数据中还 原出高质量的图像。
三维重建技术PPT
三维重建技术的定义
• 表面遮盖显示(SSD)
计算物体表面的CT域值成像
• 最大密度投影(MIP)
体积→数学线束透视→最大密度值→投影在平面上
• 曲面重建(CPR)
计算指定平面的CT值→二维图像
头部三ห้องสมุดไป่ตู้成像
头部三维骨成像
三下肢畸形平片
三下肢畸形CT三维表面成像
腹主动脉假性动脉瘤横断扫描
腹主动脉假性动脉瘤（MPR）
利 用
内
镜
→
SSD→
器
CT仿真内窥镜
电子内窥镜
螺旋CT 仿真内窥镜发现结肠息肉
结肠癌
腹主动脉CT 仿真内窥镜
冠状动脉CT及CT内窥镜
螺旋CT 的齿科应用
螺旋CT 的齿科应用
鼻骨骨折
腹主动脉硬化并假性动脉瘤（MIP）
腹主动脉假性动脉瘤（SSD）
腹主动脉假性动脉瘤剖面（SSD）
颈内动脉瘤 横断扫描
颈内动脉瘤（SSD）
夹层动脉瘤
夹层动脉瘤
心脏三维成像
表面三维成像
→
CT
官仿
真 内
表 面
多内
窥 幅
连 放
类镜
似 纤 维
正常鼻骨
结肠癌
肺癌（黄色）和纵隔淋巴结（绿色）转移
三维重建模拟手术
CT功能成像Perfusion
转移瘤
动脉期
静脉期
平衡期
脑 梗 塞
脑 梗 塞
Perfusion
• 表面遮盖显示(SSD)
计算物体表面的CT域值成像
• 最大密度投影(MIP)
体积→数学线束透视→最大密度值→投影在平面上
• 曲面重建(CPR)
计算指定平面的CT值→二维图像
头部三ห้องสมุดไป่ตู้成像
头部三维骨成像
三下肢畸形平片
三下肢畸形CT三维表面成像
腹主动脉假性动脉瘤横断扫描
腹主动脉假性动脉瘤（MPR）
利 用
内
镜
→
SSD→
器
CT仿真内窥镜
电子内窥镜
螺旋CT 仿真内窥镜发现结肠息肉
结肠癌
腹主动脉CT 仿真内窥镜
冠状动脉CT及CT内窥镜
螺旋CT 的齿科应用
螺旋CT 的齿科应用
鼻骨骨折
腹主动脉硬化并假性动脉瘤（MIP）
腹主动脉假性动脉瘤（SSD）
腹主动脉假性动脉瘤剖面（SSD）
颈内动脉瘤 横断扫描
颈内动脉瘤（SSD）
夹层动脉瘤
夹层动脉瘤
心脏三维成像
表面三维成像
→
CT
官仿
真 内
表 面
多内
窥 幅
连 放
类镜
似 纤 维
正常鼻骨
结肠癌
肺癌（黄色）和纵隔淋巴结（绿色）转移
三维重建模拟手术
CT功能成像Perfusion
转移瘤
动脉期
静脉期
平衡期
脑 梗 塞
脑 梗 塞
Perfusion
三维重建技术医学课件
螺旋CT 的齿科应用
螺旋CT 的齿科应用
鼻骨骨折
正常鼻骨
结肠癌
肺癌（黄色）和纵隔淋巴结（绿色）转移
三维重建模拟手术
CT功能成像Perfusion 转移瘤
动脉期
静脉期
平衡期
脑 梗 塞
脑 梗 塞
Perfusion
腹主动脉假性动脉瘤横断扫描
腹主动脉假性动脉瘤（MPR）
腹主动脉硬化并假性动脉瘤（MIP）
腹主动脉假性动脉瘤（SSD）
腹主动脉假性动脉瘤剖面（SSD）
颈内动脉瘤横断 扫描
颈内动脉瘤（SSD）
夹层动脉瘤
夹层动脉瘤
心脏三维成像
表面三维成像
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医学课件
三维重建技术的定义
• 表面遮盖显示(SSD) 计算物体表面的CT域值成像
• 最大密度投影(MIP) 体积→数学线束透视→最大密度值→投影在平面上
• 曲面重建(CPR) 计算指定平面的CT值→二维图像
头部三维成像
头部三维骨成像三下肢畸Biblioteka 平片三下肢畸形CT三维表面成像
仿 真 内 窥 镜 利 用
类
似
纤 维 内 镜
器 官 内 表
面
SSD→
→
多 幅 连 放
→
CT仿真内窥镜
电子内窥镜
螺旋CT 仿真内窥镜发现结肠息肉
结肠癌
腹主动脉CT 仿真内窥镜
冠状动脉CT及CT内窥镜
医学成像技术(三维重建技术)课件
7.2 主要内容
预处理 分割 模型构建
模型网格简化
绘制
预处理
分割
二维分割
三维分割
重建
绘制 面绘制
体绘制
7.3 表面绘制
Marching Cube 算法
表面 重建 皮肤 灰度 阈值
HU=500
表面 重建 皮肤
HU=500
骨头
HU=1150
表面 重建
透明显示
光源 入射光
法向量 反射光 视线
折射定律
折射定律：折射线在入射线与法线构成的平 面上，折射角与入射角满足 1 sin 2 sin
入射光
1 2
折射光
能量关系
在光的反射和折射现象中的能量分布：
Ii I d I s It I v
下标为i,d,s,t,v的能量项分别表示为入射光 强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强， 吸收光强
皮肤
HU=500
表面 重建
阻光度=0.8 阻光度=0.6
透明显示
皮肤
HU=500
骨骼 HU=1150
阻光度=0.4
阻光度=0.25
7.3 体绘制
在自然环境和计算模型中，许多对象和现象只 能用三维数据场来表示。与传统的计算机图形学相 比，对象体不再用几何曲面或曲线表示的三维实体， 而是用体素（Voxel）作为基本造型单元。对于每一 体素，不仅其表面而且其内部都包含了对象信息， 这是仅用曲线和曲面等几何造型方法所无法表示的。 体绘制的目的就在于提供一种基于体素的绘制技术， 它有别于传统的基于面的绘制，能显示出对象体的 丰富的内部细节。
反射光，透射光决定了物体所呈现的颜色
简单光照明模型-环境光
医学图像的三维可视化PPT课件
• MATLAB
医学图像的三维可视化
MATLAB6.5 • MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层图像的
三维表面重建及体重建，原理简单，编程实现方 便。 • 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体重建实 验中，重建速度快，显示效果良好，便于各类非 计算机专业人士推广应用。
医学图像的三维可视化
医学图像的三维可视化
基本的三维可视化技术
• 面绘制（Surface Rendering）技术 • 体绘制（Volume Rendering）技术 • 此外，多平面显示和曲面显示属于将三维体视数
据进行再切面，并将二维切面影像显示出来的技 术形式，因此也称二维重建或图像重排。
医学图像的三维可视化
面绘制
医学图像的三维可视化
医学图像的三维可视化
三维可视化的意义
• 多排螺旋CT等的应用使的使用三维形式显示组织 和器官变得可行且必要。
• 图像三维显示技术可以更好的显示数据和诊断信 息，为医生提供逼真的显示手段和定量分析工具。
• 三维显示还可以避免医生陷入二维图像的数据“海 洋”，防止过多浏览断层图像而造成漏诊率上升。
（等值面）与立方体空间关系的具体拓扑状态（构型）； • 根据构型，通过线性插值确定等值面与立方体相交的三角
片顶点坐标，得到轮廓的具体位置；
医学图像的三维可视化
体绘制
• 直接由三维数据场产生屏幕上的二维图象，称为 体绘制算法。这种方法能产生三维数据场的整体 图象，包括每一个细节，并具有图象质量高、便 于并行处理等优点。体绘制不同于面绘制，它不 需要中间几何图元，而是以体素为基本单位，直 接显示图像。
• 三维重建技术的实现方法包括两种： • 一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物
医学图像的三维可视化
MATLAB6.5 • MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层图像的
三维表面重建及体重建，原理简单，编程实现方 便。 • 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体重建实 验中，重建速度快，显示效果良好，便于各类非 计算机专业人士推广应用。
医学图像的三维可视化
医学图像的三维可视化
基本的三维可视化技术
• 面绘制（Surface Rendering）技术 • 体绘制（Volume Rendering）技术 • 此外，多平面显示和曲面显示属于将三维体视数
据进行再切面，并将二维切面影像显示出来的技 术形式，因此也称二维重建或图像重排。
医学图像的三维可视化
面绘制
医学图像的三维可视化
医学图像的三维可视化
三维可视化的意义
• 多排螺旋CT等的应用使的使用三维形式显示组织 和器官变得可行且必要。
• 图像三维显示技术可以更好的显示数据和诊断信 息，为医生提供逼真的显示手段和定量分析工具。
• 三维显示还可以避免医生陷入二维图像的数据“海 洋”，防止过多浏览断层图像而造成漏诊率上升。
（等值面）与立方体空间关系的具体拓扑状态（构型）； • 根据构型，通过线性插值确定等值面与立方体相交的三角
片顶点坐标，得到轮廓的具体位置；
医学图像的三维可视化
体绘制
• 直接由三维数据场产生屏幕上的二维图象，称为 体绘制算法。这种方法能产生三维数据场的整体 图象，包括每一个细节，并具有图象质量高、便 于并行处理等优点。体绘制不同于面绘制，它不 需要中间几何图元，而是以体素为基本单位，直 接显示图像。
• 三维重建技术的实现方法包括两种： • 一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物
医学图像的处理及三维重建 PPT课件
伦琴发现X射线
医学图像的分类
根据成像设备是对组织结构成像还是对组 织功能成像，将医学图像分成两类，即医 学结构图像和医学功能图像。 医学结构图像：X线图像、CT图像、MRI 图像、B超图像等 医学功能图像：PET图像，SPECT图像、 功能磁共振图像（fMRI）等
CT成像设备
CT图像
MRI成像设备
PET图像
医学图像处理的研究内容
医学图像处理的主要研究内容有：图像 增强、图像复原、图像分割、图像重建、 图像的配准与融合等。
三维重建（3D reconstruction）
三维重建的定义 ●三维重建的研究意义 ●三维重建的方法 ●颅脑的三维重建
三维重建的定义
医学图像三维重建是研究由各种医学成像 设备获取的二维图像断层序列构建组织或 器官的三维几何模型，并在计算机屏幕上
表面曲面表示法经典的算法： 立方块法(Cuberille)， 移动立方体法(Marching Cubes)， 剖分立方体法(Dividing Cubes)等
面绘制示例
面绘制步骤
重建数据的采集 边界轮廓曲线表面绘制 设置图像的颜色及阴影效果 设置图像光照效果 设置图像的显示效果
面绘制显示
医学图像的处理及 三维重建
Processing of medical images and 3D reconstruction
பைடு நூலகம்
医学图像处理
（Processing of medical images ）
医学影像技术的发展
● 医学图像处理的目的
● 医学图像处理的研究内 容
精品资料
• 你怎么称呼老师？
面绘制的方法
边界轮廓线表示法：首先通过分割对二维断 层图像提取轮廓线，然后把各层对应的轮廓 线拼接在一起表示感兴趣物体的表面边界。
《医学图像重建》课件
04
医学图像重建面临的挑战 与解决方案
数据获取与处理
数据来源多样性
医学图像数据来源广泛，包括CT、MRI、X光等设备产生的图像，每种设备产生的图像 特点不同，需要针对不同设备进行数据预处理和格式转换。
数据质量不均
由于设备性能、操作人员技能等因素，医学图像数据的质量存在差异，需要进行数据清 洗和增强，以提高重建精度。
05
医学图像重建的未来展望
人工智能与医学图像重建的结合
人工智能技术，如深度学习，已被广 泛应用于医学图像重建中，通过训练 深度学习模型，可以从原始医学图像 中提取特征并进行重建。
人工智能与医学图像重建的结合将进 一步提高重建精度和效率，为医生提 供更准确、更直观的医学影像信息， 有助于疾病的诊断和治疗。
VS
详细描述
基于深度学习的方法是一种新兴的图像重 建技术，通过利用深度学习算法对图像进 行自动学习和特征提取，从而得到重建的 图像。常见的深度学习算法包括卷积神经 网络（CNN）、生成对抗网络（GAN） 等。该方法在处理复杂的图像重建问题时 具有较高的准确性和鲁棒性。
03
医学图像重建的应用
医学影像诊断
多模态医学图像重建
多模态医学图像重建是指将不同模态 的医学图像进行融合，以获得更全面 、更准确的重建结果。
随着医学影像技术的发展，多模态医 学图像重建将成为未来研究的热点， 为医生提供更丰富的疾病信息，提高 诊断的准确性和可靠性。
医学图像重建在临床实践中的应用前景
医学图像重建技术在临床实践中具有广泛的应用前景，如放射影像、核磁共振、 超声成像等。
降低医疗成本
通过减少重复检查和缩短诊断时间，医学图像重建可以降低医疗成 本，减轻患者经济负担。
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• 直方图修改 • 图像平滑 • 图像边缘锐化 • 伪彩色增强
• histeq() • imadjust() • fspecial() • filter2() • conv2() • medfilt()
• 灰度直方图均衡化。均匀量化的自然图像
的灰度直方图通常在低灰度区间上频率较 大，使得图像中较暗区域中的细节看不清 楚，采用直方图修整可使原图像灰度集中 的区域拉开或使灰度分布均匀，从而增大 反差，使图像的细节清晰。
• consx=[consx;yo.*cos(xo)];%将x，y值从极坐标
系转换到直角坐标系
• consy=[consy;yo.*sin(xo)]; • consz=[consz;ones(1,length(xo))*iLayer*(-
4.0)];%为每一切片层赋予z坐标值，iLayer为层数
医学图像处理三维重建
缘检测的要求比较高；
• 而体重建直接基于体数据进行显示，避免了
重建过程中所造成的伪像痕迹，但运算量较 大。
医学图像处理三维重建
医学图像处理三维重建
• 为了有利于从图像中准确地提取出有用的
信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
• 图像格式的转换与读写 • 图像增强
• 在提取边界时，首先采用逐行扫描图片的办法，
通过比较相邻点的像素值，找到图片边界上的一 个点，作为切片边界的起点。然后从边界起点开 始，逐点判断与之相邻的八个点，如果某点为图 片的边界点则记录下，并开始下一步判断，直到 获得所有的边界点。
医学图像处理三维重建
• 重建数据的采集 • 边界轮廓曲线表面绘制 • 设置图像的颜色及阴影效果 • 设置图像光照效果 • 设置图像的显示效果
• 灰度变换法。照片或电子方法得到的图像，
常表现出低对比度即整个图像偏亮或偏暗， 为此需要对图像中的每一个像素的灰度级 进行标度变换，扩大图像灰度范围，以达 到改善图像质量的目的。
• 平滑与锐化滤波。平滑技术用于平滑图像中的噪
声，基本采用在空间域上的求平均值或中值，或 在频域上采取低通滤波。在MATLAB中，各种滤波 方法都是在空间域中通过不同的卷积模板即滤波 算子实现，可用fspecial()函数创建预定义的滤波 算子，然后用filter2()或conv2()函数在实现卷积 运算的基础上进行滤波。中值滤波是一种基于排 序统计理论的抑制噪声的非线性信号处理技术， 其在除去图像中的孤立点、线的噪声的同时，很 好地保护了图像的边缘信息，适用于一些线性滤 波器无法胜任地场合。
医学图像处理三维重建
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研究工具与研究基础
•C • VTK • MITK • MATLAB
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医学图像处理三维重建
• 边界轮廓曲线表面绘制 • surf(consx,consy,consz);%利用surf()函数
进行三维表面绘制。
医学图像处理三维重建
• 设置图像的颜色及阴影效果。 • colormap(gray);%利用colormap()函数为图
像定义颜色集
• shading flat;%利用shading定义显示图像的
颜色阴影
医学图像处理三维重建
• 正确读取DICOM图像后，通过选择合适的
窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT图 像转换为256色BMP图像。
医学图像处理三维重建
• 图像增强就是根据某种应用的需要，人为
地突出输入图像中的某些信息，从而抑制 或消除另一些信息的处理过程。使输入图 像具有更好的图像质量，有利于分析及识 别。
医学图像处理三维重建
• 计算机三维表面重建是指首先运用图像技
术从二维图像中分割出兴趣区的轮廓曲线， 然后经图形处理，得到其三维结构，从而 再现原物体的空间结构。因此，对于三维 表面重建而言，边界轮廓的提取尤为重要。
• 为了便于面部边界的提取，先对各CT图片进行颜
色处理，去掉非有效区，如头发、支架等部分， 并使其色素尽量减少。
重建实验中，重建速度快，显示效果良好， 便于各类非计算机专业人士推广应用。
• 三维重建技术的实现方法包括两种：
• 一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来
描述物体的三维结构，称为表面重建；
• 另一种是直接将体像素以一定的颜色和透
明度投影到显示平面的方法，称为体重建。
• 表面重建运算量小，表面显示清晰，但对边
医学图像处图像处理三维重建
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• 运用傅立叶级数的系数，求出边界上若干个点x，
y向坐标值，并为其加上适当的z坐标值
• xo=[0:pi/180:2*pi];%x的值在[0,2π]中选取 • yo=yo+a(i)*cos((i-1)*xo)+b(i)*sin((i-1)*xo);%
通过傅立叶系数求y值，其中yo初始值为a0
• 医学图像三维重建为人体结构提供了真实、
直观的反映，便于医学人员对病灶的观察 及手术的进行。但图像三维重建编程实现 困难，不易被非计算机专业人士所掌握。
• MATLAB
MATLAB6.5
• MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层
图像的三维表面重建及体重建，原理简单， 编程实现方便。
• 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体