医学成像技术(第八章 三维重建技术)
医学图像的处理及三维重建
噪声去除是医学图像预处理的重要步骤，旨在消除图像中的噪声和干扰，提高图像质量。
噪声去除的方法包括滤波、中值滤波、高斯滤波等。这些方法通过平滑图像，减小像素值的随机波动，从而减少噪声对图像的影响。
噪声去除Biblioteka 详细描述总结词总结词
图像增强是为了改善医学图像的视觉效果和特征表现，使其更符合人眼观察和机器分析的要求。
医学图像处理的基本流程
包括图像去噪、对比度增强、图像分割等步骤，以提高图像质量。
从医学图像中提取出与病变相关的特征，如形状、大小、密度等。
将多个二维图像组合成三维模型，并进行可视化处理。
根据处理后的医学图像进行诊断和分析，得出结论。
预处理
特征提取
三维重建
诊断与分析
02
CHAPTER
医学图像的预处理技术
提高图像质量
测量和分析
三维重建
辅助诊断和治疗
医学图像处理的目的和意义
01
02
03
04
通过降噪、增强对比度等技术，使图像更清晰、更易于观察。
对医学图像进行定量测量和分析，提取病变特征和生理参数。
将二维图像转换为三维模型，更直观地展示人体结构和病变。
为医生提供准确的诊断依据和治疗方案，提高诊断和治疗水平。
数据量庞大
由于医学图像处理和三维重建涉及大量计算，如何提高计算效率是亟待解决的问题。
计算效率问题
面临的挑战
技术发展趋势
深度学习在医学图像处理中的应用
利用深度学习技术自动识别和提取图像特征，提高处理效率和准确性。
高性能计算资源的应用
利用高性能计算资源进行大规模并行计算，提高处理速度。
多模态医学图像融合技术
详细描述
医学影像技术在骨科手术中的应用
医学影像技术在骨科手术中的应用骨科手术是一种需要高度精确和复杂技术的医疗过程，对于骨折、关节置换和植入物修复等疾病的治疗起到了重要的作用。
随着医学影像技术的不断发展，它在骨科手术中的应用也愈发广泛。
本文将探讨医学影像技术在骨科手术中的应用，并讨论其优势和挑战。
一、概述医学影像技术包括X射线摄影、计算机断层扫描（CT）、核磁共振成像（MRI）等，这些技术通过向人体内部传递能量并捕捉反射或散射回来的信号来生成图像。
在骨科手术中，医学影像技术可以提供详细的骨骼结构图像、关节软组织图像以及血液灌注情况等信息，帮助医生做出准确诊断和制定治疗方案。
二、三维重建在手术规划中的应用1. 准确测量三维重建技术允许医生在手术前精确测量骨折断口、变形关节或置换植入物等，这对手术的操作和术中决策至关重要。
与传统的二维影像相比，三维重建技术能够提供更全面和准确的信息，帮助医生更好地了解患者的病情。
2. 定制化手术方案三维重建技术还可以用于定制化手术方案的设计。
医生可以根据患者特殊情况，在计算机上进行虚拟手术模拟，通过多次试验和调整来制定最佳的治疗方案。
这样做不仅可以提高手术效果，还可以减少患者风险。
三、导航系统在手术中的应用1. 实时引导导航系统是一种结合医学影像与实时定位技术的设备。
它通过在手术过程中实时跟踪器官和工具的位置来帮助医生准确定位，并且可以提醒医生注意可能存在的危险区域。
导航系统广泛应用于关节置换、脊柱手术等领域，在提高手术安全性和效果方面发挥着重要作用。
2. 反馈与评估导航系统可以实时提供医生和手术团队与患者的图像，通过触摸屏幕或语音指令等方式进行操作。
医生可以利用这些信息做出准确判断，并根据需要实施适当的纠正措施。
此外，导航系统还可以记录手术过程中的各种数据，便于后续分析和评估。
四、影像引导下的手术操作1. 指导植骨术在骨科手术中，植骨是常见的治疗方法之一。
医学影像技术可以帮助确定最佳的植骨位置和角度，并提供辅助引导来确保植入物正确放置。
《医学影像成像原理》名词解释
《医学影像成像原理》名词解释第一章1．X 线摄影（radiography）：是X 线通过人体不同组织、器官结构的衰减作用，产生人体医疗情报信息传递给屏-片系统，再通过显定影处理，最终以X 线平片影像方式表现出来的技术。
2．X 线计算机体层成像（computed tomography，CT）：经过准直器的X线束穿透人体被检测层面；经人体薄层内组织、器官衰减后射出的带有人体信息的X 线束到达检测器，检测器将含有被检体层面信息X 线转变为相应的电信号；通过对电信号放大，A/D 转换器变为数字信号，送给计算机系统处理；计算机按照设计好的方法进行图像重建和处理，得到人体被检测层面上组织、器官衰减系数（¦）分布，并以灰度方式显示人体这一层面上组织、器官的图像。
3．磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）：通过对静磁场（B0）中的人体施加某种特定频率的射频脉冲电磁波，使人体组织中的氢质子（1H）受到激励而发生磁共振现象，当RF 脉冲中止后，1H 在弛豫过程中发射出射频信号（MR 信号），被接收线圈接收，利用梯度磁场进行空间定位，最后进行图像重建而成像的。
4．计算机X 线摄影（computed radiography，CR）：是使用可记录并由激光读出X 线影像信息的成像板（IP）作为载体，经X 线曝光及信息读出处理，形成数字式平片影像。
5．数字X 线摄影（digital radiography，DR）：指在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的X 线探测器直接把X 线影像信息转化为数字信号的技术。
6．影像板（imaging plate，IP）：是CR 系统中作为采集（记录）影像信息的接收器（代替传统X 线胶片），可以重复使用，但没有显示影像的功能。
7．平板探测器（flat panel detector，FPD）：数字X 线摄影中用来代替屏-片系统作为X 线信息接收器（探测器）。
医学CT三维重建
30
首都师范大学学报 (自然科学版)
2004 年
原始数据做“预处理”“, 图像重建”和“图像后续处 理”就可得到反映人体某断面几何结构的灰度图像. 例如 X 射线 CT ,此灰度图像反映了人体组织对 X 射 线的不同吸收系数 ,同一吸收系数具有相同的灰度 显示. 因为人体内不同组织的元素种类和密度不同 , 对 X 射线的吸收系数不同. 如果某一组织 (正常情 况下应具有相同的灰度) 的局部发生了病变 ,医生可 明显观察到此组织局部图像灰度的变化的直观显 示 ,从而帮助医生做出诊断.
下面分别对这几个过程中所涉及的关键技术进 行分析 :
1 获取断层图像信息
要进行三维重建 ,必须先得到清晰的二维断层 图像. 医学领域中 ,利用 X 射线 CT ,放射性核素 CT , 超声 CT 和核磁共振 CT 等技术获得人体断层图象. CT 图像向我们展示了人体内部有关病变的信息 ,把
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体素的获得有两种方法[4] : (1) 控制 CT 机使其 断层间隔减小 ,直至等于断层内的分辨率. 然而这将 增加检查成本 ,而且一般的 CT 机无法达到如此高 的分辨率. (2) 用计算机图像处理的方法 ,对现有的 断层图像进行插值运算 ,以获得立方体素表示的三 维物体. 插值后 ,断层图像数目增加 ,相当于层厚减 薄 ,这是国际上普遍采用的方法. 值得注意的是 ,插 值只是改变了断层间空间分辨率 ,使三维数据的处 理 、分析和显示更加方便 ,并没有产生新信息.
其次将医生感兴趣的组织从断层图像中分割开来再次在相邻两断层图像间进行内因为断层扫描间距一般比二维图像数据的象素尺寸要大以产生空间三个方向具有相同或相差不最后将重建后的三维图像数据在计算机屏幕上进行立体感显示要对它进行各种几何变换的运算实现多种投影显式方式及几何尺寸的测量等完成任意方位断层的重构任意方位立体视图手术摸拟和医学教学等
生物医学图像三维重建技术应用与研究进程
生物医学图像三维重建技术应用与研究进程摘要：随着我国科学技术的发展，计算机断层扫描、核磁共振成像、超声等医学成像技术得到了广泛应用，在生物医药学领域中，三维重建技术则是以二维图像为基础来生成三维结构的立体形态和空间关系，这样能进一步的为生物医药学提供图像信息。
本文就生物医药学图像三维重建技术应用与研究进程作一综述。
关键字：生物医学；三维重建技术；应用；引言随着我国信息技术的不断发展，信息技术在生物医学图像上的应用也得到了很大的进步，特别是在生物医学图像三维重建技术领域对医学界的影响十分重大。
现阶段如何将信息技术更好的应用到生物医学图像三维重建技术当中，对未来医学影像专业的发展是十分重要的，具有重要意义[1]。
根据生物医学三维重建技术的特点，了解其技术应用的重要性，对于提高生物医学图像三维重建技术的研究水平是关键性的一步，因此重视生物医学图像三维重建技术方面的研究是具有积极意义的[2]。
1生物医学图像三维重建技术的概述生物医学图像三维重建主要包括二维数据采集，即通过采用CT、MRIBCT和超声扫描等设备对研究对象进行扫描获得生物医学图像三维重建原始数据、数据预处理，即对获得对原始数据进行去噪等预处理以突出研究目标、三维重建，即采用三维重建软件建立研究对象的实体模型，为后续医疗诊断等提供准确的数据基础。
2三维重建技术的应用2.1影像数据的三维重建经过计算机的辅助可以将二维图像转化为三维图像，可以实现对生物器官或单细胞进行三维重建，那么这就提高了医生定量病人病体区域的准确性与可靠性。
2.1.1超声数据的三维重建随着超声技术的发展，现阶段我国许多医院都已配备三维超声技术，这项技术能够将二维超声诊断变为了三维图像，可以实现一系列的连续三维图像为医生提供一个动态的三维超声造影，并能够显示病人的血管形状血流情况以及空间结构与走向[3]。
对于肿瘤的诊断更为准确。
但超声三维与CT、MRI相比仍需有许多不足，还需要进一步的改进与完善。
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• 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。
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• 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。
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• 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
医疗影像图像的三维重建与分析
医疗影像图像的三维重建与分析第一章：引言医疗影像图像的三维重建与分析是当今医学诊断领域中一项重要而且充满挑战的任务。
随着计算机图像处理技术的快速发展，三维重建和分析已成为医学影像领域的热点研究方向。
本文将介绍医疗影像图像的三维重建与分析的基本原理、方法和应用。
第二章：医学影像图像的获取与处理医学影像图像通常通过断层扫描技术获取，并可分为X射线影像、超声影像、磁共振影像等多种类型。
这些图像通常需要经过预处理、去噪、增强等步骤进行优化，以便后续的三维重建和分析。
第三章：三维重建的基本原理与方法三维重建是指将二维医学影像转化为三维模型的过程。
常见的三维重建方法包括基于体素的体积重建、基于曲线的曲面重建、基于点的点云重建等。
这些方法基于不同的原理和算法，可以根据具体应用场景选择合适的方法进行三维重建。
第四章：医学影像的三维分析方法三维分析是指对三维重建的医学影像进行进一步的定量分析和功能评估。
常见的三维分析方法包括三维几何形状分析、三维纹理分析、三维运动分析等。
这些方法可以帮助医生更全面地了解病变的形态、结构和功能，为诊断、治疗和手术规划提供科学依据。
第五章：医学影像的三维重建与分析应用案例三维重建和分析在医学影像领域有着广泛的应用。
例如，在肿瘤学中，三维重建和分析可以帮助医生评估肿瘤的大小、形状和位置，制定更精确的治疗方案。
在骨科学中，三维重建和分析可以用于骨折的诊断和手术导航。
此外，三维重建和分析还在心脏病学、神经科学、口腔医学等领域有着广泛的应用。
第六章：面临的问题与挑战虽然三维重建和分析在医学影像领域有着许多潜在的应用，但仍然面临许多问题和挑战。
例如，医学影像数据的采集和处理需要大量的计算资源和专业知识；不同类型的医学影像具有复杂多样的特征，需要研发更高效的算法和方法；同时，隐私和安全问题也需要得到充分的考虑。
第七章：未来展望随着计算机图像处理技术的不断发展和医学影像数据的不断积累，医疗影像图像的三维重建与分析将会得到更广泛的应用。
《医学影像成像原理》习题(附答案)
《医学影像成像原理》习题（附答案）一、单选题（共60题，每题1分，共60分）1、以下说法正确的是A、以上都正确B、能谱CT具有解决硬化效应的作用C、X射线的探测部分包括探测器.后准直器.模术转换器D、气体探测器具有几何利用率高,一致性好E、固体探测器具有灵敏度高.光子转换率高正确答案：A2、X线影像传递中,与被照体无关的因素是A、原子序数B、散线衰减系数C、密度D、体积E、厚度正确答案：D3、热敏打印机的基本结构有A、片盒部,输片部B、清洁部,记录部C、控制部分D、信号处理系统E、以上都是正确答案：E4、有关空气间除法的说法哪项不正确A、产生的半影减少了B、加大了X线管的容量C、加大了几何学模糊D、散射线在到达肢体前几乎被衰减了E、为放大影像正确答案：A5、哪个成像过程需要采集MR信号A、X线成像B、超声成像C、磁共振成像D、以上都需要E、放射性核素成像正确答案：C6、MRI的特性,描述错误的是A、有一定的电离辐射B、除能显示形态学的改变外,还可进行生物学及代谢功能方面研究C、可行任意平面的多方位成像D、多参数成像,对显示解剖和病变敏感E、软组织分辨力极佳正确答案：A7、关于准直器的作用叙述错误的是A、大幅度减少散射线的干扰B、决定像素的长和宽C、减少被检者的辐射剂量D、提高图像质量E、决定扫描层的厚度正确答案：B8、组成图像矩阵中基本单位的是A、视野B、像素C、体素D、元素E、灰阶正确答案：B9、有效焦点大小在摄影时的变化规律为A、照射野越小,焦点越小B、管电压越大,焦点越大C、管电流越大,焦点越大D、曝光时间越长,焦点越大E、摄影距离越大,焦点越小正确答案：C10、CT图像后处理技术有A、以上都是B、多层面重组技术C、曲面重组技术D、最大密度投影E、最小密度投影正确答案：A11、下列关于心电门控螺旋扫描错误的是A、会采用多层螺旋内插,以修正扫描时检查床移动的影响B、目前用于16层以上螺旋CT的心脏成像C、采用一周扫描的部分数据重建图像,可提高心脏扫描的时间分辨率D、回顾性心电门控螺旋扫描采用单个扇形区重建心脏图像E、又称回顾性心电门控螺旋扫描正确答案：D12、活体中水分子的微观弥散运动包括哪些成像方法A、DTIB、DWIC、DSID、以上都是E、DKI正确答案：D13、下列关于图像矩阵说法错位的是A、图像矩阵中的每个元素即为像素B、在CT图像重建中,按照有序数组计算和重建图像C、每个小体积单元按照扫描过程中的顺序进行排列和编号,便形成了一个有序的数组D、矩阵中的元素其物理意义是代表组织的吸收系数或CT值E、图像矩阵的大小随便选取正确答案：E14、下列对CT辐射剂量无影响的成像参数是A、螺距B、管电流量C、视野D、管电压E、扫描范围正确答案：C15、图像信噪比(SNR)指的是A、检测到的组织对比度和背景密度大小之比B、检测到的组织信号强度与背景噪声强度之比C、检测到的背景强度与组织信号之比D、检测到的背景密度与背景强度之比E、检测到的组织密度大小和背景噪声大小之比正确答案：B16、关于纵向磁化的说法正确的是A、是90度射频脉冲后纵向磁化矢量从最大到最小的过程B、是180度射频脉冲后纵向磁化矢量从最小到最大的过程C、以上都对D、是90度射频脉冲后纵向磁化矢量从最小到最大的过程E、是180度射频脉冲后纵向磁化矢量从最大到最小的过程正确答案：D17、像素位移是DSA检查中的一种什么处理技术A、促进伪影B、数字造影C、抑制运动性伪影D、运动造影E、运动伪影正确答案：C18、有关散射线的说法,哪一项是不对的A、散射野越大,散射线越多B、增感屏速度越快,散射线越少C、由于人体是一个散射体,因此产生散射线.D、被照体体越厚,散射线越多E、散射线的吸收通常使用滤线器正确答案：B19、影响测量半值层的因素不包括A、曝光时间B、总过滤C、管电压D、焦点几何尺寸E、高压波形正确答案：A20、下列哪个不是构成X线照片影像的物理因素A、锐利度B、清晰度C、对比度D、颗粒度E、密度正确答案：B21、下列说法错误的是A、最小密度投影是对通过的容积组织中最大像素值进行编码、投影观察B、仿真内镜技术是计算机与CT结合而开发出仿真内镜功能C、表面阴影显示:预先确定ROI内组织结构的最高和最低CT阈值D、最大密度投影是指对容积数据中,以视线方向作为投影线E、容积再现技术是利用全部体素的CT值,通过功能转换软件,进行表面遮盖技术并与旋转相结合正确答案：A22、影响影像模糊最主要的因素A、几何模糊B、运动模糊C、中心线D、增感屏性模糊E、屏片接触模糊正确答案：B23、CT成像过程中最重要的环节A、数据采集B、图像存储与显示C、图像后处理D、数据处理E、图像重建正确答案：E24、照片或显示器上呈现的黑白图像的各点表现的不同深度灰度称为A、像素B、量化C、比特D、灰阶正确答案：D25、下列哪项不属于CT扫描成像基本功能的A、图像后处理B、采集数据C、产生X线D、显示图像E、重建图像正确答案：A26、CT图像重建的计算方法目前比较常用的方法为A、褶积反投影法B、代数重建法C、傅里叶变换法D、滤波反投影法E、逐线校正法正确答案：D27、有关滤线栅使用的叙述错误的是A、SIDE-滤线器的正面朝向X线管B、TUBC、使用交叉式滤线栅时,可倾斜X线管摄影D、用高栅比滤线栅,被检者接受的辐射线越大E、焦聚式滤线栅不能反置使用F、管电压较低的情况下,不宜选用高栅比滤线栅正确答案：E28、中心线以外的X线称为A、散射线B、X线束C、斜射线D、二次射线E、连续射线正确答案：C29、关于人体组织CT值的比较,下列错误的是(A、脂肪>水B、血液>水D、骨密质>钙质E、脑白质正确答案：A30、以下不属于医学影像成像中常用影像信息接收器的是A、探头B、成像板C、FPDD、屏-片系统E、FID正确答案：E31、有关中心线的描述不正确的是A、中心线是体表定位的标志B、中性线垂直于窗口平面中心的射线。
医学图像与信号处理的新进展
医学图像与信号处理的新进展医学图像与信号处理是现代医学中不可或缺的重要技术，它不仅可以帮助医生更好地进行病情诊断和治疗，还可以在一定程度上提高病人生命的质量。
随着计算机技术的发展和人工智能的应用，医学图像与信号处理领域也在不断地取得新的进展。
一、三维重建技术的应用三维重建技术是医学图像处理中的一个重要方向，主要应用于CT、MRI、超声等医学成像技术的图像处理中。
近年来，随着计算机技术的不断发展，三维重建技术也越来越成熟，可以更加准确和快速地进行图像重建。
例如，三维重建技术可以应用于组织、器官和细胞结构的建模，可以帮助医生更好地理解病理生理学过程，并为诊断和治疗提供更加准确的参考。
同时，三维重建技术还可以应用于手术规划和治疗过程中的导航，提高手术的安全性和治疗效果。
二、智能化医学影像分析智能化医学影像分析是近年来医学图像处理领域的一个热点方向。
它主要应用于医学影像的自动化分析和诊断，可以替代一部分医生的工作。
例如，智能化医学影像分析可以应用于CT、MRI等影像数据的快速诊断和疾病筛查，可以自动分析出疾病的位置和程度，并提供具体的治疗建议。
同时，智能化医学影像分析还可以应用于癌症筛查和早期诊断，提高病人的生存率和治疗效果。
三、融合技术的应用融合技术是指将不同成像技术的影像数据进行融合，并利用计算机算法进行图像处理和分析。
融合技术可以提高图像的准确度和可靠性，并且可以减少不同成像技术之间存在的差异。
例如，融合技术可以应用于PET/CT成像技术的数据融合和图像处理，提高疾病的诊断准确度。
同时，融合技术还可以应用于MRI和超声等成像技术的数据融合，帮助医生进行病情诊断和分析。
四、虚拟现实技术的应用虚拟现实技术是指利用计算机图形学和仿真技术构建出虚拟的三维空间，通过特定的设备获取和处理视觉、听觉等信息，并使用户产生身临其境的感觉。
虚拟现实技术可以应用于医学图像处理中，帮助医生更加直观地进行病情诊断和治疗规划。
医学影像技术的最新进展
医学影像技术的最新进展在医学领域中，医学影像技术的应用得到了越来越广泛的关注和使用，它能够为医生提供更加准确，详细的病情诊断信息，有助于制定更加科学的治疗方案，提高治疗效果。
随着医学科技的不断发展，医学影像技术也在不断更新和完善，下面就为大家介绍一下医学影像技术的最新进展。
一、数字化医学影像数字化医学影像技术是医学影像技术的新兴方向，通过数字技术和计算机图像处理技术对医学影像进行数字化处理和存储。
数字化医学影像技术能够使医学影像数据更加方便快捷的分享和传输，同时也能够为医生提供更加准确和详细的病情资料。
医学影像数字化的好处在于，它使医学影像数据像其他数字化数据一样，可以通过互联网或其他通讯设备实现远程传输和共享。
这意味着，如果在一个地区的医院没有能力提供高端的检查设备，患者可以使用另一个医院提供的服务，医学影像数字化可以保证这些数据的准确性和可靠性。
数字化医学影像技术的另一个好处是，通过对数字化数据的处理，医生能够更加方便和快捷的获取病情信息和诊断结果。
同时也有利于多学科诊疗团队之间的交流和协作，有助于制定更加准确，详细的治疗方案。
二、三维重建技术三维重建技术是指通过数字化医学影像数据，将二维平面上采集得到的病情图像进行三维重建，从而模拟出人体的三维解剖结构。
三维重建技术是医学影像技术的一个新的分支，它的应用范围也越来越广泛。
三维重建技术的最大优势在于其可以显示出人体内部的立体结构，包括大小、形态、分布等情况，对医生的诊断和治疗提供了大大的帮助。
三维重建技术可以将医学影像与现实生物细节结合在一起，因此，医生能够精确识别患者的病情和解决手术疑难问题，提高了诊疗成功率和安全性。
三、细胞成像技术细胞成像技术是一种在细胞水平上观察和研究细胞运动、信号传递、细胞内生物学过程的技术。
在医学影像方面，细胞成像技术能够为医生提供更加详细的病理信息，对对细胞的异常变化进行研究，这有助于制定更加科学的诊断和治疗方案。
医学图像三维重建论文
医学图像三维重建摘要图像的三维重建和显示是科学计算可视化的一个重要分支，尤其在医学领域得到很大的重视，也成为现今的一大研究热点，具有广泛的应用前景。
本文设计实现了基于断层投影（CT）、核磁共振（MRI）二维断层图像序列的三维重建系统，并同时介绍了三维重建的典型面绘制算法比如MC算法，以及在这过程中相关的图像处理关键技术，比如：图像平滑、图像分割、图像配准、和插值等。
同时还着重介绍了可视化工具VTK（Visualization Toolkit）特点及其在VC++6.0编程中的配合使用，最后还讨论了运用matlab实现单张CT图片上感兴趣区域的测量功能，以结合重建出来的三维图形辅助分析和诊断，具有实用意义。
该系统采用VC++6.0和VTK作为开发工具，以Windows XP操作系统为开发平台.通过VC++实现在图像处理中的核心算法，并调用VTK库类来实现图像的重建和显示以及旋转和缩放，实现全方位的观察。
并可根据不同需要自行选取多种不同的重建方法来实现。
整个系统的设计遵循面向对象的指导思想，保证了系统的可维护性和扩充性。
关键词：三维重建；VTK；面绘制；图像分割；图像配准Medical Image 3D ReconstructionAbstractImage’s 3D reconstruction and display is an important embranchment of the visualization in scientific computing. Especially in medical field, it becomes a hot research today, and we can set eyes on great potential application in the future.In this paper, we realize a Medical Image 3D Reconstruction system, which is based on the 2D image sequences such as CT (Computed Tomography) and MRI (Magnetic Resonance Imaging). At the same time, the typical Surface rendering arithmetic such as MC and other key technologies of image processing are discussed, which are well related to this design. For example, Image Registration, Image Segmentation, pixel data set construction and interpolation. The traits of VTK (Visualization Toolkit) and how to use it in the VC++ program are also introduced in this article. At last, it realizes the measure function of a piece of CT image by using matlab. So people can do the analysis and diagnosis work better by combining this function to the 3D reconstructed image.The reconstruction system uses VC++6.0 and VTK (Visualization Toolkit) as its developing tools, and it’s based on the Windows XP platform. It uses VC++ to realize the key algorithm in the image processing, and calls the VTK Library Class to implement the reconstruction, display, rotation and zoom. This will help us to observe the reconstructed image in all direction. And you can choose the different reconstruction methods according to your own need. The whole system’s design follows the Guiding ideology of object-oriented; it has great maintainability and extendibility.Keywords：3D reconstruction；VTK；Surface mapping ；Image Segmentation；Image Registration；目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 科学计算可视化技术概论 (1)1.2 医学图像三维重建概况 (1)1.2.1 国内外研究概况 (1)1.2.2 医学图像三维重建的原理 (2)1.3 医学图像三维重建的目的和意义 (3)2. VTK介绍及应用程序设计 (5)2.1 VTK简介 (5)2.2 VTK进行三维重构的技术特点 (5)2.2.1 VTK的框架结构 (5)2.2.2 VTK绘制过程 (7)2.2.3 VTK可视化模型 (8)2.2.4 VTK图形处理 (10)2.3 VTK在VC++环境下进行三维重建 (12)2.3.1 使用VTK处理大量数据 (12)2.3.2 用VTK进行CT图像重建 (13)3 三维重建体数据预处理的关键技术 (15)3.1 图像平滑 (15)3.1.1 Gaussian smooth (15)3.1.2 中值滤波 (16)3.1.3 开运算 (17)3.2 图像分割 (18)3.2.1 全局阈值法 (18)3.2.2 大津法 (19)3.3 构建体数据集 (20)3.3.1 图像配准 (22)3.3.2 插值 (24)3.4 提取所需要的等值面 (27)3.5 图像的旋转 (27)3.6 图像的缩放 (28)4 医学图像三维重建 (29)4.1 医学图像三维重建算法概述 (29)4.2 面绘制 (29)4.2.1 边界轮廓线表示算法 (30)4.2.2 移动立方体(MC)算法 (31)5 医学图像三维重建系统 (35)5.1 功能设计 (35)5.1.1 基本功能 (35)5.1.2 辅助功能 (35)5.2 系统结构 (36)5.3 重建系统程序流程 (36)5.4系统界面 (37)5.5 交互 (38)5.5.1 旋转和缩放 (38)5.5.2 图像测量 (39)6论文总结及改进 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 科学计算可视化技术概论科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中及计算结果的数据转换成图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术，它是当前计算机科学的一个重要方向[1]。
《CT三维重建》PPT课件
2021/6/10
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MPR or CPR
让三维体元数据分别绕X、Y、Z轴旋转任意角度，再 用任意平面截取，或划一曲面线，以曲面线所确定的柱 面来截取新层面，构成多平面重组或曲面重组。
优点：①能以任何方位、角度、层厚、层数自由重 组新的断面图像；②重组图像可反映X线衰减值的差异， 当血管显示不清尤其有价值；③操作方便。
8、MRA ( TOF) 和( PC) 两种技术、二维(2D) 和三维(3D) 图像重建，3D - TOF 的图像分辨率较高，对血管的搏 动敏感性较差，对供血动脉较粗、血流速度快。而复 杂血管，例如动静脉畸形的检查较为理想；3D - PC 技 术，特别在血管畸形有明显出血的时候为最佳检查方 法。但是3D - PC 因需反复预测最佳血液流速，成像时 间长，临床应用较少。
小血管易产生狭窄、梗阻假象，轻-中度狭窄不易鉴别。
2021/6/10
21
SSD
2021/6/10
22
VR
给不同CT值指定不同的颜色和透明度， 则三维体元阵列视为半透明的，假想投射光 线以任意给定的角度穿过它，受到经过的体 元作用，通过观察平面得到图像。
优点：丢失信息最少，立体感强。 缺点：①操作选择适宜的CT值分类重要， 需要人机交互动态进行；②运算量大，需要 大容量计算机。
血管畸形：静脉型（海面状血管畸形、静脉畸形）
淋巴管型（淋巴管瘤、囊性水肿）
毛细血管型
动静脉型（动静脉畸形、动静脉瘘）
混合型
3、不足：海面状血管畸形及静脉畸形形态学及生物学不同
没有动脉型血管畸形一类
淋巴管型畸形不见于CNS
2021/6/10
3
Russell分类
1、病理解剖为基础，20年沿用 2、分类：动静脉畸形
医学影像三维重建方法研究
摘要医学图像三维重建是目前医学图像处理领域的研究热点，属于多学科交叉的研究课题，涉及到计算机图形学、图像处理、生物医学工程等多种技术，在诊断医学、手术规划及模拟仿真等方面有广泛应用。
本文主要研究了医学影像三维重建中的算法和应用，综述了医学三维重建技术的发展现状，详细讨论了表面三维重建方法和体绘制方法。
为获得更精确的重建结果，提出了一种改进的交互式医学图像分割算法；针对临床应用的需求，提出了一种基于大规模数据集的快速分组算法，可以用于器官（组织）选择、剥离等手术模拟；基于提出的漫游路径自动生成算法，介绍了一种基于物理模型的虚拟内窥镜实现技术。
仿真实验结果表明，本文提出的图像分割算法、数据集快速分组算法及漫游路径自动生成算法具有较高的鲁棒性和实用性。
此外，在理论算法研究的基础上丌发了一个三维图像处理软件包。
关键词：医学图像处理、三维表面重建、体绘制、虚拟内窥镜、Ｌｉｖｅｗｉｒｅ分割算法、多边形分组ＡＢＳＴＲＡＣＴ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｏｒｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅｓｉｓａｈｏｔｓｕｂｊｅｃｔｏｆｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｅｌｏｎｇｉｎｇｔｏｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｓｕｂｊｅｃｔ，ｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｃｏｍｐｕｔｅｒｇｒａｐｈｉｃｓａｎｄｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅｓ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｒｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｏｆ３Ｄｓｕｒｆａｃｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒｉｎｇ．Ｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓａｆａｓｔｍａｓｓｄａｔａ—ｇｒｏｕｐｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｍｅｅｔｔｈｅｃｌｉｎｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｈａｓｓｕｒｇｅｒｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｏｒｇａｎｓｅｌｅｃｔｉｎｇａｎｄｓｅｐａｒａｔｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆｌｙ－·ｐａｔｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌ··ｂａｓｅｄｖｉｒｔｕａｌｅｎｄｏｓｃｏｐｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｉｍａｇｅｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｍａｓｓｄａｔａｇｒｏｕｐｉｎｇａｎｄｆｌｙ—ｐａｔｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｌｅｍｏｒｅｒｏｂｕｓｔａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎａｌ，ａｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｏｌｋｉｔｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒ３Ｄｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，３Ｄｓｕｒｆａｃｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒｉｎｇ，ｖｉｒｔｕａｌｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｎｄｍａｓｓｄａｔａｇｒｏｕｐｉｎｇ独创性（或创新性）声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
医学成像技术(第八章 三维重建技术)
越大，则Is随a的增大衰减的越快。
n的取值与表面粗糙程度有关。
n越大，表面越平滑（散射现象少，稍一偏离，明 暗亮度急剧下降）
n越小，表面越毛糙（散射现象严重）
简单光照明模型-Phong光照明模型
简单光照明模型模拟物体表面对光的反
射作用,光源为点光源 反射作用分为
物体间作用用环境光(Ambient Light)
Ie=0.75，Id=0.75 Is=0
Ie=0.75，Id=0 Is=0.75
Ie=1，Id=0 Is=0.9
体绘制方法
体光照模型提供了体数据中各数据点光照强度的 计算方法，体绘制方法提供的是二维结果图象的生 成方法。 首先根据数据点值对每一数据点赋以透明度t和 颜色值（R,G,B），再根据各数据点所在点的梯度 及光照模型计算出各数据点的光照强度，然后将投 射到图象。 平面中同一象素点的各数据点的透明度和颜色值 综合在一起，形成最终的结果图象。 根据不同的绘制次序，体绘制可以分为两类 以图象空间为序的体绘制方法-体光线跟踪法 以对象空间为序的体绘制方法-体单元投影法
源-衰减模型最早由Jaffery提出。该模型为体数 据场中的每一体素分配一个源强度和一个衰减系数， 每一个体素作为一个质点光源，发出的光线在数据 场中沿距离衰减后被投影到视平面上，形成结果图 象。
光照模型
当光照射到物体表面时，光线可能被吸 收、反射和透射。被物体吸收的部分转化为 热，反射、透射的光进入人的视觉系统，使 我们能看见物体。 为模拟这一现象，建立一些数学模型来 替代复杂的物理模型，这些模型就称为明暗 效应模型或者光照明模型。三维形体的图形 经过消隐后，再进行明暗效应的处理，可以 进一步提高图形的真实感。 计算某一点的光强度的模型。
医学影像技术专业：医学影像成像原理选择题
1.哪一年推出了64层螺旋CT？A.2001B.2002C.2003D.20042.下列哪一项不是光电效应的产物？A.光电子B.俄歇电子C.特征辐射D.轫致辐射3.影像X衰减的程度因素不包括？A.X线能量B.物质质量C.原子序数D.每立方米电子数4.增感屏的结构不包括？A.吸收层B.反射层C.基层D.PSL物质层5.下列关于四象限理论描述不正确的是？A.第一像限（影像信息采集）B.第二像限（影像信息读取）C.第三像限（影像信息读取）D.第四像限（影像再现）6.IP板在激发后最好在几小时内读出IP的信息A.6小时B.7小时C.8小时D.9小时7.DSA的空间分辨力低，一般是多少？A.1-2LP/cmB.1-3LP/cmC.2-4LP/cmD.2-3LP/cm8.感蓝胶片吸收光谱的峰值是在多少？A.420nmB.550nmC.620nmD.750nm9.X线胶片特性曲线中，X线摄影主要利用的部分是？A.足部B.直线部C.反转部D.肩部10.人体血浆的渗透压为多少？A.303mmol/LB.313mmol/LC.323mmol/LD.333mmol/L11.下列哪一项不属于次高渗对比剂？A.碘海醇B.碘克沙醇C.碘佛醇D.碘帕醇12.下列磁性对比剂对T1、T2的影响错误的是？A.顺磁性对比剂低浓度缩短T1，高浓度缩短T2B.铁磁性性对比剂无改变T1C.超顺磁性对比剂缩短T1D.超顺磁性对比剂明显缩短T213.下列不属于碘对比剂重度不良反应的是？A.喉头水肿B.呼吸困难C.抽搐D.休克14.下列各物质的CT值从大到小排列正确的是A.凝固血、脑白质、脑灰质、血液B.凝固血、脑灰质、脑白质、血液C.血液、脑灰质、脑白质、凝固血D.血液、脑白质、脑灰质、凝固血15.下列哪一项不属于16层及16层以上螺旋CT的重建预处理方法A.自适应多平面重建B.多层锥形束体层重建C.加权超平面重建D.Feldkamp重建16.滤波反投影法的英文简称是A.BPB.FBPC.CBPD.IA17.CT常用的三维重组技术不包括A.SSDB.VRTC.MPRD.VE18.CT图像质量的测试方法不包括A.PSFB.LSFC.FWHMD.CTF19.下列关于CT空间分辨率描述错误的是A.像素是影响空间分辨率的主要因素之一B.一般而言，矩阵越大，图像的空间分辨率越高C.可以通过直接测试法MTF来测量图像的空间分辨率D.骨细节数学算法强调了图像的空间分辨率20.能谱CT是通过单球管高低双能的瞬时切换获得时空上匹配的双能量数据，其中高低双能通常为多少A.70Kvp 140KvpB.80Kvp 150KvpC.80Kvp 140KvpD.70Kvp 150Kvp。
医学中的人体解剖学研究方法
医学中的人体解剖学研究方法人体解剖学是医学领域中的重要基础科学，它研究人体各个器官、组织及其相互关系的形态和结构，为临床医学提供了坚实的基础。
在医学研究过程中，采用一系列方法对人体进行解剖分析，旨在深入了解人体结构，并为诊断、治疗和预防疾病提供依据。
本文将介绍几种常见的医学中的人体解剖学研究方法。
一、组织切片法组织切片法是医学中常用的一种观察和研究人体结构和组织构成的方法。
通过将组织标本固定、包埋、切片后染色，可以使细胞和组织结构清晰可见，并能够针对特定成分或结构进行进一步分析和观察。
该方法常用于病理学研究，可以帮助医生准确诊断各种疾病，并指导治疗方案。
二、X射线摄影X射线摄影是一种使用X射线通过身体部位进行拍摄，以获取图像信息来观察和分析人体结构的方法。
这种非侵入性的检查方法可以显示骨骼、肺部及其他柔软组织，对于检测和诊断包括骨折、肿瘤等疾病具有重要作用。
同时，在手术过程中，医生也会经常利用X射线摄影来引导操作，确保手术的准确性和安全性。
三、计算机断层扫描（CT扫描）计算机断层扫描，即CT扫描，是一种通过连续层面成像获取人体各层次结构信息的方法。
它通过将X射线与计算机处理相结合，能够提供更为精细和详细的图像，使医生能够准确观察和分析不同器官及其异常情况。
CT扫描在临床上广泛应用于头部、颈部、腹部等区域的检查，可以快速诊断出各种疾病，并且对于危急情况下的急救也起到了至关重要的作用。
四、核磁共振成像（MRI）核磁共振成像是一种无创性的检查方法，利用强大的磁场和无害的无线电波对人体进行成像。
与CT扫描相比，MRI对软组织的分辨率更高，能够提供更为清晰和准确的图像。
它广泛应用于脑部、脊柱、关节等部位的检查，对于肿瘤、损伤以及神经系统疾病等的诊断具有很高的价值。
五、超声检查超声检查是一种利用超声波通过皮肤进入人体内部观察和分析器官结构和功能情况的方法。
这种非侵入性的检查方法被广泛应用于孕产妇、心血管等领域，可以检测胎儿发育情况、心血管结构和功能异常等。
医学影像技术中的三维重建技术
医学影像技术中的三维重建技术三维重建技术在医学影像技术中的应用越来越广泛，是现代医学影像技术的重要组成部分。
三维重建技术可以将二维医学影像数据转化为三维人体结构，从而更好地帮助医生进行疾病诊断和治疗规划。
本文将从三个方面介绍医学影像技术中的三维重建技术：三维重建技术的基本原理、三维重建技术在医学影像诊断中的应用及未来发展趋势。
一、三维重建技术的基本原理三维重建技术主要通过像素密集度和体素(Grey-level Voxel)的比较，确定三维图像中每个点的位置、颜色和纹理信息，最终生成具有立体感的三维模型。
三维重建技术的基本原理是先通过医学影像学设备采集到病人的二维医学影像数据，然后通过计算机技术对这些数据进行处理，生成病人的三维体表和内部解剖模型。
三维重建技术可以采用多种方法，如技术上基于医学影像学、计算机视觉和计算机图形学等学科，重建技术本质上可以看作一个数学问题。
二、三维重建技术在医学影像诊断中的应用在医学影像诊断中，三维重建技术被广泛应用。
首先，在三维图像中，医生可以通过旋转、缩放和观察三维体表以及内部解剖模型等一系列视觉操作，更直观地诊断出病情，为病人定制个性化的治疗方案。
例如，对于口腔科医生，三维重建技术可以将病人口腔与颜色区分，更好地了解其口腔病情，并采用更准确的治疗方法；对于骨科医生，三维图像可以展示病人骨骼的立体结构和病变位置，为手术过程提供更详细的信息。
其次，在医疗教育方面，三维重建技术作为教学工具，为学生更好地理解人体结构和病理变化而设计。
三维重建技术可以在虚拟教学环境中模拟出人体解剖结构和病理变化，让学生更好地理解人体的结构，并且可以展示病理变化的过程和影响。
最后，三维重建技术可以为病人治疗规划和手术设计提供更准确的数据。
在三维重建图像中，医生可以更好地定位病变区域和正常组织的位置，并且可以提前预测手术过程中可能会遇到的困难，从而制定更准确的治疗计划。
三、未来发展趋势随着科技的不断发展，三维重建技术在医学影像中的应用将不断扩大，特别是在医疗影像诊断、治疗规划和手术设计中将会更加广泛。
(医学课件)CT三维重建技术临床应用PPT幻灯片
7
表面遮盖显示（shaded surface display , SSD）通过计算被观察物表面所有相关像素的最 高和最低CT值，保留所选CT阈值范围内像素的影 像，将超出限定的CT阈值的像素透明处理后重组 成二维图像。立体感强，能直观的显示骨骼和大 血管的全景，有利于病变的定位、测量。
8
仿真内窥镜成像术（Computed Tomographic Virtual Endoscopy , CTVE）是在 容积数据的基础上，采用表面遮盖显示和容积再 现法相结合，模拟出三维立体空间环境，在受检 器官的腔内进行计算机数据后处理，显示出图像， 与光纤内窥镜效果相似，常用于喉部、支气管、 结肠、胆道、胃等管腔脏器等。
33
（1）颈内动脉动脉瘤：占动脉瘤的40%左右 （2）大脑前动脉动脉瘤：占31.5%～36% （3）大脑中动脉动脉瘤：占11.7%～33% （4）大脑后动脉动脉瘤：占0.6%～4% （5）基底动脉动脉瘤：占5%～8% （6）椎动脉动脉瘤：占3%～5% （7）多发性动脉瘤：指颅内同时有2个或2个以上的动脉瘤
40
箭头所指为视神经孔
41
箭头所指左侧鼻骨翼骨折
42
双侧耳蜗及右侧中耳乳突炎表现
43
筛窦、上颌窦炎
44
主动脉CTA是主动脉瘤、主动脉夹层、先天变异 畸形、外伤血肿及肺动脉栓塞等的首选检查方法。 主动脉CTA快捷、准确、无创更适合于急诊患者 及支架置入后随访的患者。
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。
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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。
整形与假肢手术规划
可视化技术在整形外科中的应用 是假肢设计（造型）。例如，在做髋 骨更换手术前，需要根据病人的个体 特征正确地设计所需髋骨假肢的外形， 才能减少因假肢形状差异造成手术失 败的概率。首先根据CT或MR图象重构 假肢的精确三维模型，交工厂制作， 然后进行手术更换。
放射治疗计划
利用放射性射线杀死或抑制恶性肿 瘤需要事先做出仔细规划，包括剂量计 算和照射点定位。如果辐射定位不准或 剂量不当，轻则造成治疗效果不佳，重 则危及周围正常组织。根据医学图象重 建病人病灶区的解剖结构，并作出精确 定位和剂量计算已是实际可行的。
体光线跟踪法 - 光线投射法(Ray Casting)
以图象空间为序的体光线跟踪绘制算法是从屏 幕上的每一象素点出发，根据视点方向，发出一条 射线，这条射线穿过三维体数据场。沿这条射线选 择K个等距采样点，由距离采样点最近的八个体素 的颜色值和不透明度值做三线性插值，求出该采样 点的颜色值和不透明度值。而后可以采用由后到前 或由前到后的方法，将射线上每一采样点的颜色和 不透明度组合起来，计算出屏幕上该象素点对应的 颜色值。 光线跟踪算法的主要步骤是：
Ie=0.75，Id=0.75 Is=0
Ie=0.75，Id=0 Is=0.75
Ie=1，Id=0 Is=0.9
体绘制方法
体光照模型提供了体数据中各数据点光照强度的 计算方法，体绘制方法提供的是二维结果图象的生 成方法。 首先根据数据点值对每一数据点赋以透明度t和 颜色值（R,G,B），再根据各数据点所在点的梯度 及光照模型计算出各数据点的光照强度，然后将投 射到图象。 平面中同一象素点的各数据点的透明度和颜色值 综合在一起，形成最终的结果图象。 根据不同的绘制次序，体绘制可以分为两类 以图象空间为序的体绘制方法-体光线跟踪法 以对象空间为序的体绘制方法-体单元投影法
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
=
KaIa
Ie为物体表面所呈现的亮度。
简单光照明模型- 环境光例子
具有不同环境光反射系数的两个球
I a 1.0
K a 0.4
Ka 0.8
简单光照明模型-环境光
缺点：虽然不同的物体具有不同的亮度，
但是同一物体的表面的亮度是一个恒定 的值，没有明暗的自然过度。
简单光照明模型
考虑引入点光源。 点光源：几何形状为一个点，位于空间中的某
实用系统研究阶段(90年代末) 外科手术模拟系统、放射治疗 模拟、虚拟内窥镜、整形外科、解 剖模拟。
应用领域
诊断医学：
在临床核医学研究中，CT图象、磁共 振图象和超声图象的广泛应用是诊断的有 力的手段。应用先进的可视化技术对这些 图象进行处理、构造三维实体模型以及对 其进行剖切显示，有助于了解复杂解剖特 征的空间定位和随着时间所发生的变化。
I d I p K d cos
[0, ]
2
漫反射光的强度 只与入射角有关
简单光照明模型-漫反射
将环境光与漫反射结合起来
I I e I d I a Ka I p Kd ( L N )
一般取Ia= (0.02~0.2)Id
例子
简单光照明模型-漫反射
缺点：对于许多物体，使用上式计算其反 射光是可行的，但对于大多数的物体， 如擦亮的金属、光滑的塑料等是不适用 的，原因是这些物体还会产生镜面发射。
体光照模型
体光照模型是研究直接体绘制的基础。从物理意 义上讲，当光线穿过体素与光线遇到一曲面时，会发 生不同的光学现象。前者如光线穿过云层会发生吸收、 散射等现象；后者如光线射到桌面上，有漫射、反射、 透射等现象。不同的物理背景决定了体光照强度的计 算与面光照强度的计算有不同的模型和方法。体光照 模型就是研究光线穿过体素时的变化，将光线穿过体 素时的物理现象用数学模型来描述。在目前的体绘制 中，采用得较多的有： 源-衰减模型（Source attenuation） 变密度发射模型（Varying density emitters） 材料分类及组合模型（Classification and mixture）
个位置，向周围所有的方向上辐射等强度的光。 记其亮度为Ip
点光源的照射：在物体的不同部分其亮度也不
同，亮度的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间 的距离.
简单光照明模型：-漫反射角度 余弦的推导
漫反射 粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射 光照明方程
I d 漫反射的亮度 I p 点光源的亮度 K d 漫反射系数 入射角
漫反射(Diffuse Reflection) 镜面反射(Specular Reflection)
简单光照明模型-Phong光照明模型
Phong光照明模型的综合表述：由物体表
面上一点P反射到视点的光强I为环境光 的反射光强Ie、理想漫反射光强Id、和镜 面反射光Is的总和。
I Ie Id Is I a Ka I p [ Kd ( L N ) K s (V R) ]
第七章
三维重建技术
7.1 概述
任务
二维
三维
发展
早期探索阶段（1970s - 1980s）
主要针对心脏、肝脏、胚胎、神经 等器官的三维重建；表面重建的算法： 轮廓线提取算法、轮廓线对应算法、三 角片镶嵌算法、曲面拟合算法等等；
基础算法研究阶段（1990s）
基于体元的表面绘制算法：Cuberille， Marching Cubes，Dividing Cubes；直 接体绘制算法：Raycasting，Splatting， V-Buffer；及各种加速算法；
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
简单光照明模型-镜面反射
镜面反射 光滑物体（如金属或塑料）表面对光的反射
高光 入射光在光滑物体表面形成的特别亮的区域
简单光照明模型-镜面反射
理想镜面反射
观察者只能在反射方向上才能看到反射
光，偏离了该方向则看不到任何光。
简单光照明模型-镜面反射
非理想镜面反射
I = Ip K scosna
能量是守恒的
简单光照明模型
模拟物体表面的光照明物理现象的数
学模型－光照明模型 简单光照明模型亦称局部光照明模型， 其假定物体是不透明的，只考虑光源 的直接照射，而将光在物体之间的传 播效果笼统地模拟为环境光。 可以处理物体之间光照的相互作用的 模型称为整体光照明模型
简单光照明模型
光照射到物体表面，主要发生： 反射 透射（对透明物体） 部分被吸收成热能
光滑平面
镜面
P为物体表面上一点，L为从P指向光源的单位
矢量，N为单位法矢量，R为反射单位矢量，V 为从P指向视点的单位矢量
简单光照明模型-镜面反射
镜面反射
I s I p Ks cos a
n
或 I s I p K s (V R) n
Is为镜面反射光强。I p 点光源的亮度
Ks是与物体有关的镜面反射系数。n为镜面反射指数，n
影响观察者看到的表面颜色的因素
①物体的几何形状
②光源
③环境
位置、距离、颜色、数量、强度、种类
遮挡关系、光的反射与折射、阴影
④视点位置 ⑤物性
材料、颜色、透明度 折射性
⑥表面光洁度
光源
①几何性质
点光源
线光源 面光源
②光谱组成
白色光等能量的各种波长可见光的组合 彩色光 单色光
光的传播 反射定律：入射角等于反射角，而且反射光 线、入射光线与法向量在同一平面上
单元投影算法的主要步骤：
For 每一体素或单元 Do For 该体素在视平面投影区域内的每一象素 Do 计算象素点获得的光强。
面绘制与体绘制比较
面绘制的最大的特点是采用曲面造型技术，生成数 据场等值面的曲面表示，再采用面光照模型计算出绘制 图象。与面绘制相比较，体绘制的一个特点就在于放弃 了传统图形学中体由面构造的这一约束，采用体绘制光 照模型直接从三维数据场中绘制出各类物理量的分布情 况。等值面、等势面、等数据场的几何面表示方法是研 究者们为了适应图形显示，人为地提出的一种数据场表 示形式。体绘制的根本点就在于放弃了这一做法，直接 研究光线穿过三维体数据场时的变化，得到最终的绘制 结果，所以有时体绘制也被称做直接体绘制。由于体绘 制的这种直接性，非常符合人的视见过程，因此保留了 大量的细节信息大大地提高了图象的保真度，这时图象 质量已不在以来面地分割如何，而是集中在光照模型、 绘制过程上。