电子科技大学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE
论文题目医学影像三维重建系统的研究与实现
专业学位类别工程硕士
学号 201322070532
作者姓名 卢开文
指导教师蒲立新副教授
分类号密级
UDC注1
学 位 论 文
医学影像三维重建系统的研究与实现
（题名和副题名）
卢开文
（作者姓名）
指导教师 蒲立新 副教授
电子科技大学 成 都
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 硕士 专业学位类别 工程硕士
工程领域名称 控制工程
提交论文日期2016年4月28日论文答辩日期2016年5月9日学位授予单位和日期 电子科技大学2016年6月28日答辩委员会主席 邹见效
评阅人 金卫 王子斌 注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。
RESEARCH AND IMPLEMENTAION OF MEDICAL IMAGE 3D RECONSTRUCTION
SYSTEM
A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China
Major: Master of Engineering
Author: Lu Kaiwen
Advisor: Pu Li-xin
School : School of Automation Engineering
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
作者签名：日期：年月日
论文使用授权
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）
作者签名：导师签名：
日期：年月日
摘要
摘 要
医学影像三维重建技术通过二维切片序列重建出组织、器官的完整三维模型，并在重建后的三维图像上进行测量、标注、分割等操作。完整、准确的三维立体图像可以多角度、多层次的展示组织区域内部的细节信息，为临床诊断、外科手术、放射治疗、假肢制作等医学应用提供重要支撑。目前的医学影像三维重建系统已应用于医学领域，基本能满足临床对三维重建系统的需求，但还是普遍存在重建速度慢，过度依赖于硬件设备；特定组织重建效果不理想；大数据量序列图像重建失败等不足。针对当前医学影像三维重建系统的不足，更大的发挥三维重建技术在医学应用中的突出优势，为更多的医学难点提供解决法案，仍是当前三维重建技术研究的一个重点方向。
本文针对当前三维重建系统绘制速度慢、交互不畅的问题，重点研究如何在保证绘制质量的同时提高绘制速度。深入研究了三维重建中的光线投影算法原理和图形处理单元GPU的硬件架构、工作原理。利用VTK可视化工具包结合GPU 编程实现了基于GPU的体绘制算法，并与传统算法重建效果进行了对比试验，结果表明基于GPU的重建算法相对传统CPU的重建算法在重建速度上得到大幅度提升。
针对心血管疾病的高发性和临床诊断的高难度问题，本文深入研究了医学图像格式、数字图像处理技术并结合心脏CT图像的影像特点，改进了模糊聚类算法和水平集分割算分，实现了高质量的心脏CT序列自动化分割，并将分割结果用于重建心脏的完整三维图像，为心脏疾病的诊断带来极大的便利。
最后，在Windows7系统、VS2010上结合ITK、DCMTK、VTK工具包搭建了64位工程，采用C++编程语言进行系统实现。实现了二维图像读取与显示、心脏序列自动分割重建、多平面重建、面绘制重建、体绘制重建和重建后三维图像的人工交互等功能。采用64位系统提高了系统的吞吐量解决了大数据序列重建失败的问题。
关键词：三维重建，心脏分割，GPU
ABSTRACT
Medical image 3D reconstruction is a technology which reconstructs the two-dimensional(2D) medical image sequences into stereoscopic effect of three dimensional image of organ, and provides users with a series of interactive functions, and the functions of measurement and segmentation on the three-dimensional image. Complete and accurate three-dimensional image can be multi-angle and multi-level show the detail of internal organs, and provide important support for the clinical diagnosis, surgery, radiation therapy, prosthetic production and other medical applications. The current medical image reconstruction system has been used in the medical field, can basically meet the clinical demand for three-dimensional reconstruction of the system, but still widespread have the problem of reconstruction is slow, over-reliance on a hardware device, specific tissue reconstruction is not ideal, and can not reconstruction large amounts of data sequence, etc.Aiming at covering the shortage of the current three-dimensional medical image reconstruction system, to play a greater three-dimensional reconstruction outstanding advantages in medical applications, for more medical difficulties providing solutions bill is still a focus of the current direction of the three-dimensional reconstruction technology research.
In this paper, in order to solve the problems of the current system of drawing three-dimensional reconstruction is slow, poor interaction. Focus on how to improve the rendering speed and ensure quality while drawing. Depth study of three-dimensional reconstruction of the ray casting algorithm principle, the hardware architecture and working principle of graphics processing unit GPU. Use VTK visualization toolkit combined with GPU programming implements GPU-based volume rendering algorithm, and with the traditional effects of reconstruction algorithm comparison test. The results show that algorithm based on GPU relatively traditional CPU has been improved significantly on the speed of reconstruction.
In this paper, in-depth study of medical image format, digital image processing technology combined with imaging features of cardiac CT images, Improved fuzzy clustering algorithm and the algorithm of level set segmentation, to achieve high-quality sequence of cardiac CT automated segmentation. And the segmentation results are used to rebuild the complete 3d image of heart, for the diagnosis of heart disease has brought
great convenience.
Finally, in Windows7 system, VS2010 combined ITK, DCMTK, VTK toolkit built 64 projects, using the C ++ programming language for system implementation. To achieve a two-dimensional image reading and display, automatic segmentation of cardiac sequence reconstruction, multi-planar reconstruction, surface rendering reconstruction, volume rendering reconstruction and human interactions reconstructed image and other functions. The 64 bit medical image 3D reconstruction system improves the throughput of the system solved the problem of big data sequence reconstruction failure.
Keywords: 3D reconstruction, cardiac segmentation algorithm, GPU
目录
第一章绪论 (1)
1.1 课题应用背景与研究意义 (1)
1.2 课题研究情况 (3)
1.3 论文主要工作 (4)
1.4 章节安排 (5)
第二章相关技术研究 (7)
2.1 概述 (7)
2.2 DICOM标准 (8)
2.2.1 DICOM标准概要 (8)
2.2.2 DICOM文件格式 (9)
2.3 相关开发工具包介绍 (10)
2.3.1 DCMTK开发包 (10)
2.3.2 ITK开发包 (10)
2.3.3 VTK开发包 (11)
2.4 体绘制技术 (13)
2.4.1 体绘制原理 (13)
2.4.2 体绘制光学模型 (14)
2.5 GPU图像处理单元 (15)
2.5.1 GPU概述 (15)
2.5.2 GPU、CPU对比 (15)
2.5.3 GPU渲染管线 (16)
2.6 医学图像体数据多平面重建技术 (16)
2.6.1 多平面重建概述 (16)
2.6.2多平面重建原理 (17)
2.7 本章小结 (18)
第三章 心脏CT序列图像分割研究 (19)
3.1 医学图像分割概述 (19)
3.2 空间模糊聚类在图像分割中的应用 (20)
3.3 水平集分割 (22)
3.4 基于模糊水平集的心脏分割算法 (23)
3.4.1 模糊水平集算法 (23)
3.4.2 心脏CT图像分割算法 (24)
3.4.3 实验结果及分析 (26)
3.5 结论 (28)
3.6 本章小节 (28)
第四章 三维重建算法与GPU编程 (29)
4.1 引言 (29)
4.2 基于GPU的光线投影算法加速 (30)
4.2.1光线投影算法基本原理 (30)
4.2.2基于GPU加速的光线投影算法 (31)
4.2.3基于GPU加速的光线投影算法关键步骤 (32)
4.3 基于GPU加速的光线投影算法实现 (35)
4.4 面绘制的GPU加速 (36)
4.4.1 移动立方体算法 (36)
4.4.2 GPU加速的移动立方体算法 (36)
4.5 实验结果分析与比较 (37)
4.6 本章小结 (38)
第五章医学影像三维重建系统的设计与实现 (39)
5.1 系统开发环境及主要功能模块 (39)
5.2 系统结构设计 (39)
5.2.1 系统架构 (39)
5.2.2 系统的模块设计 (40)
5.2.3 系统的界面设计 (40)
5.3 系统实现 (41)
5.3.1 二维序列读取模块 (41)
5.3.2 特定组织提取模块 (43)
5.3.3 面绘制模块 (44)
5.3.4 体绘制模块 (47)
5.3.5 交互模块 (48)
5.3.6 多平面重建模块 (50)
5.4 本章总结 (52)
第六章总结与展望 (53)
6.1 工作总结 (53)
6.2 存在的问题 (54)
6.3 后续工作展望 (54)
致谢 (55)
参考文献 (56)
缩略词表
缩略词表
英文缩写英文全称中文全称CT Computerized
Tomography 计算机断层扫描MRI Magnetic
Resonance
Imaging 核磁共振成像US Ultrasonography 超声检查
PET Positron
Emission
Tomography 正电子发射断层成像
SPECT Single Photon Emission Computed
Tomography
单光子发射计算机断层成像
DICOM Digital Imaging and Communications in
Medicine
数字医学成像与通信
GPU Graphics Processing Unit 图像处理单元DCMTK DICOM
Toolkit DICOM工具包
VTK Visualization
Toolkit 可视化工具包OPENCV Open Source Computer Vision Library 开放源代码计算机视觉类库VHP Visible Human Project 可视化人体计划
ITK Insight Segmentation and Registration
Toolkit
图像分割与配准工具包
CUDA Compute Unified Device Architecture 统一计算设备架构ACR American College of Radiology 美国放射学会
NEMA National Electrical Manufacturers
Association
美国电器制造商学会
PACS Picture Archiving and Communication
System
影像存档与通信系统
WADO Web Access to DICOM Persistent Object DICOM持续对象的Web接入MIMD Hypertext
Transfer
Protocol 多指令多数据流处理器SIMD International Classification of Diseases 单指令多数据流处理器
第一章绪论
第一章绪论
1.1 课题应用背景与研究意义
19世纪末X射线的发现，成为医学图像发展的一个开端，为多种复杂疾病的诊断带来希望，医学图像成为临床诊断中的一种新的重要手段，因此越来越多的科学工作者开始投身到医学成像领域的研究。20世纪60年代英国EMI公司在Hounsfield的带领下推出了第一台计算机辅助大脑扫描仪[1]，可生成人体组织清晰的断层扫描图像以帮助医生观察到人体内部组织的构造和相关组织信息[2]，开始了从解剖学分析人体内部组织、器官病变的时代，为临床更多疑难杂症的诊断带来了新的希望，也形成了医学影像学这一新的学科。近年来，CT、CR、DR、MRI、US、PET、SPECT等多种成像技术开始逐渐成熟并在医学疾病诊断中获得广泛应用，随着越来越多的疑难杂症被新的影像技术所发现，大大提升了医学影像学在医学诊断的地位，极大的丰富了医学诊断的方法，提升了诊断的水准，从此医学诊断方式得到了焕然一新的改变。
随着人们对自身健康水平意识的不断上升，对医生的诊断要求也越来越高，传统医学诊断方式不再满足所有诊断要求。由于CT、MR等影像设备只能产生二维断层扫描图像，传统的影像技术在获得人体的断层影像数据后由医生通过胶片或显示屏直接对二维图像进行观察、分析诊断，医生通过自己职业背景在大脑中构想出组织、器官或病灶区域的具体结构，再根据自己的临床经验进行疾病的诊断，这种诊断方式不仅费时费力，对医生专业要求极高。由于是通过医生对疾病认识的主观判断，医生观察二维截面图像构想具体区域的三维模型，判断结果是否准确完全依赖于医生的经验是否丰富，这对医生的要求很高，能达到诊断经验如此丰富的医生往往很少，对病灶做出的诊断往往不够准确也使得误诊率上升。医学影像三维重建技术就是将二维的序列切片图像重建出三维立体图像[3]，完整显示人体组织区域，辅助医生定量地分析解剖结构的组织器官。三维重建技术不仅能提供完整的三维模型，还可对三维图像进行放大、缩小、旋转、对比等交互操作，帮助医生从多层次、多方位的观察角度对感兴趣区域进行详细的观察，这些新的影像技术将不断弥补传统诊断手段的不足[4]，从而可以大大提高医生诊断的效率和准确性。
据世界卫生组织统计，全球每年有1200万人死于心血管疾病，占死亡总数的
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30%，而且随着人们生活水平和医疗水平的提高，该数据反而逐年上升。心血管疾病的高发病率和致死率，严重威胁着人类健康。心血管疾病往往发病急、隐蔽性强，因此对心血管疾病的早期诊断和风险评估是预防和治疗该疾病重要手段，也对提高人类生活质量和延长寿命具有重大意义。在临床心血管疾病的诊断中，医生只能通过观察心脏断层的二维序列影像，但原始心脏二维图像不仅包括心脏组织还包括骨头、软组织、肝脏等其他组织区域，医生对心脏区域的观察往往不够清晰，只能根据临床诊断经验给出诊断结果，诊断结果是否准确很大程度上依赖于医生的主观经验。因此，借助医学图像处理技术和计算机技术，准确高效的分割心脏组织区域、排除干扰项为完整心脏的诊断分析建立三维模型，已经成为临床上的迫切需求，也是目前医学影像辅助诊断的研究热点和难点。
医学影像三维重建技术涉及数字图像处理技术、计算机图形学技术以及生物医学领域的相关技术，是一个多学科的交叉领域。三维重建技术的兴起最先由Idesawa[5]在1973年提出，随后便引起了该领域的一个研究热潮，越来越多的科学工作者开始投入到该领域进行相关研究，并取得了相当的成果。Hartley[6]和Faugras[7]在1992年完整重建理论的提出预示了三维重建技术开始走向成熟，为三维重建技术在各领域的实际应用带来希望。随着医学成像技术的突飞猛进和医学临床诊断的需要，在大量科研工作者的不懈努力下，医学影像三维重建技术也随之得以飞速发展，形成了从理论到算法的一系列成果。国外的大型医疗影像设备已集成了较好的医学影像三维重建功能，但在国内医院的应用上，往往因为其价格高、必须与影像设备配套使用等原因，只有少数的大型医院有能力购买，不具有普遍应用的可能性。也有某些PACS系统厂商将三维重建系统集成到影像辅助诊断工作站以辅助医生更好的进行疾病诊断，但由于医学影像数据量巨大导致在三维重建的过程中需要进行大量的计算，目前的重建系统普遍存在执行速度慢，对硬件依赖性大，特定组织重建效果不理想，人工操作停滞、等待、卡死等问题。且对计算机的性能要求极高，国内的一些中小型医院尚不具有安装三维重建系统的条件[8]。针对个别复杂组织和器官的特殊处理或者处理效果不理想，如心脏组织，由于心脏组织与其相邻组织CT值相似甚至出现重叠。如何完整高效的进行心脏提取、分析，目前的系统也不能提供比较好的解决办法。
因此对于能在普通PC机上运行，对硬件配置没有特别要求，摆脱造价昂贵的设备、图像工作站和专用的图像加速卡的医学影像三维重建[9]系统出现一直是国内中下医院的期待。快速高质量地完成医学影像三维重建工作以及准确高效提取比如心脏、冠脉、肝脏等医生感兴趣区域和疾病常发区一直是放射医生和临床医生的迫切需要[10]。
第一章绪论
本课题针对当前医学影像三维重建辅助诊断系统在实际应用中的不足和医务工作者对医学影像辅助诊断系统的最新需求，进行了数字图像处理常用方法、DICOM文件格式、GPU编程、多平面重建原理、医学图像重建原理等相关技术的研究，结合开源的开发工具包完成了一套实用的医学影像三维重建系统。本系统针对当前重建系统在体绘制重建中速度慢的问题，采用了GPU编程进行加速；针对当前系统在大数据量序列重建失败甚至崩溃问题，开发了64为系统提高系统数据吞吐量；针对医生在心脏疾病的诊断难点，改进心脏序列分割算分快速高效的进行完整心脏的重建。针对当前系统的一些缺陷，开发了一套满足临床医生对三维重建辅助诊断要求的三维重建系统。
1.2 课题研究情况
欧美发达国家的医学影像三维重建技术研究起步最早，开始于上世纪70年代，到目前经历了40多年的研究，已经取得了丰厚的研究成果，为医学影像三维辅助诊断系统的诞生奠定了基础[11]。很多世界知名大学、研究机构都参与了三维重建技术的相关研究，研究内容涉及三维绘制算法、实现方式、虚拟现实和特定组织器官的三维重建方法[12]。到如今最新的高效、高质量、低配置绘制算法的研究，经过大量科学研究工作者的辛苦工作，根据当前的应用环境，形成了面绘制和体绘制的两种医学三维重建方法，面绘制的重建速度快但只绘制物体表面信息、体绘制的重建速度慢但能反映物体的整个三维信息，医生在临床诊断中也更钟爱于体绘制的绘制结果，因此越来越多的工作者开始研究如何在不影响体绘制绘制质量的前提下加快绘制速度[13,14,15]。
国外一些发达国家在医学影像三维重建项目的研究上投入大量的人力物力具有相当的优势资源。1989年开始，美国国立医学图书馆进行了人体可视化计划（Visible Human Project，VHP）[16]项目，由科罗拉多大学承担实施，采用CT和MRI做人体扫描，利用计算机重构技术建造虚拟人体，获得虚拟人体数据集。在医学史上首创了这样的人体数据集，为虚拟现实进入医学起到了引导作用。从此计算机图像处理结合医学影像三维重建技术成为了医学影像学的一个重要支撑。
在该领域，国内的研究起步相对较晚，但由于该领域科学工作者的辛苦努力，在借鉴国外优秀研究成果的基础上进展很快。2001年开始，国内也开始了自己的虚拟中国人计划[17]，利用三维重建技术以提高中国整体医疗水平。2003年完成了中国首个虚拟人的重建，填补了中国在这一领域的空白。在国内的三维重建研究中涌现了一大批该领域的优秀科学工作者，中国科学院自动化研究所人工智能实
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验室主任田捷教授，借鉴VTK和ITK两个国外的可视化开发和医学图像处理开发开源工具包，开发了国内第一个可视化工具包MITK[18]和3DMed医疗影像处理软件。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了具有良好可交互性和绘制实时性的MedVis[19]系统，实现了可实时交互的三维绘制系统。包括清华大学、复旦大学、北京大学、上海交通大学、南方医科大学等其他高校也进行了医学影像三维重建技术的相关研究和系统开发。
经过几代科学工作者的不断努力，三维重建领域相关技术研究不断完善。为了满足医务工作者对医学影像三维重建系统的普遍需求，给医疗诊断带来方便，国内外多家知名企业开始了医学三维重建系统的设计与开发。
目前国外多家医疗企业都开始了医学三维重建辅助诊断系统的研发，如日本东芝下属的VITAL公司、美国的GE公司、Kitware公司、荷兰的飞利浦公司、澳大利亚Visage Imaging公司、比利时Materialise公司都有研发了自己的医学三维重建系统[20]，并且在重建质量和重建速度上都取得了较好的结果。随着三维重建理论和数字图像处理技术的成熟，国内也出现了一大批医学影像三维重建系统，用于辅助医生临床诊断，为临床诊断、治疗提供了一定的便利但也存在一些不足。国外的医学影像三维重建系统往往建立在特定的硬件平台上且价格昂贵，国内的三维重建系统普遍存在重建速度慢，过度依赖于硬件配置，对特定组织重建效果不理想，大数据量序列图像重建失败等问题。因此为了推动我国医疗卫生事业的快速发展[21]，提高医院疾病诊断水平和诊断效率，如何在普通的PC机上搭建高质量、高速度的重建系统成为国内医疗辅助诊断软件的首要目标。
1.3 论文主要工作
本课题旨在提高医院信息化水平和影像辅助系统的诊断水平。主要研究了数字图像处理技术、计算机图形学技术、多平面重建技术、三维重建技术、医学数字影像通讯标准，结合DCMTK、ITK、VTK等开发工具在Windows操作系统上开发了具有实际应用价值的医学影像三维重建辅助诊断系统，旨在弥补当前医学影像三维重建系统的一些缺陷。本系统利用GPU编程加速了三维重建速度，实现了各种压缩、非压缩的二维医学序列图像的三维重建，能对重建后的三维图像进行缩放、旋转、移动等交互操作，方便医生多角度多层次观察分析三维目标。同时还能对特定组织进行提取，如心脏组织的完整分割，有效的提取感兴趣区域。
医学图像三维重建的基本步骤和方法如图1-1所示。医学图像三维重构涉及到的研究内容包括：医学图像数据的获取、图像预处理、图像分割、可视化映射、
第一章绪论
三维重建、显示，这些内容在本课题中都有相应研究。而本文的主要工作和创新也是围绕这几个阶段，具体如下：
图1-1 医学影像三可视化流程
1、深入研究了医学数字影像成像和通讯标准（DICOM）和ITK、VTK、DCMTK、OPENCV等开发包。在Windows 64位操作系统下搭建64位开发环境、创建64位工程，解决了大数据量序列图像重建失败的问题，增大了系统的吞吐量。
2、在医学影像三维重建流程的预处理阶段，通过深入研究数字图像分割技术和心脏CT图像特点，改进了心脏序列自动分割提取算法，该算法在提高分割质量和分割速度的同时，能实现完整心脏提取，排除无关组织只显示整个心脏的三维结构。
3、在该系统的三维可视化部分，深入研究了光线投影算法，利用GPU图形处理单元进行光线投影算法加速，与传统的光线投影算法相比，在不影响绘制效果的前提下，基于GPU的光线投影算法加快了绘制速度，交互更加流程。
4、完成了64位医学影像三维重建系统的设计与开发，支持二维原始医学图像读取显示、多平面重建、面绘制、体绘制、人工交互等三维系统常用功能，针对心脏疾病诊断系统还特别地提供了心脏的自动化分割。
1.4 章节安排
本文通过研究数字图像处理、三维绘制算法、医学图像格式等课题相关理论基础，最终实现三维重建系统的常用功能和弥补传统系统中存在的不足。本文共分为六章，各章节安排如下：
第一章，绪论。主要介绍了本课题的应用背景、研究意义、国内外的研究状况以及心脏分割在三维重建辅助诊断系统中的意义。阐述了当前三维重建系统在应用中的不足和对此本文所做的工作。
第二章，相关技术研究。首先概述了相关技术在医学影像三维重建体系中的
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作用和研究的必要性。然后研究了数字医学影像成像和通讯标准（DICOM），其次介绍了本系统中用到的DCMTK、ITK和VTK三个开发工具包，然后重点介绍了体绘制技术和光线投影算法，再次介绍了图形处理单元GPU的硬件结构以及GPU编程，最后研究了多平面重建MPR的实现原理和实现方法。
第三章，心脏CT影像序列分割的研究与改进。首先介绍了心脏分割研究的意义以及图像分割算法在应用到医学领域所存在的问题，接着研究了模糊聚类算法和水平集算法，然后详细阐述了本文改进的模糊聚类算法和水平集算法相结合的心脏CT图像分割算法，对算法原理、改进依据、算法流程进行了重点的说明，最后利用实验分析了本算法的效果和效率。
第四章，三维重建算法与GPU编程。本章首先对三维绘制算法做了概要，然后重点研究了体绘制光线投影算法原理和如何通过图形处理单元提高体绘制的绘制速度，接着简单介绍了面绘制中移动立方体算法原理，以及如何利用GPU进行面绘制加速。最后为验证GPU加速算法与传统CPU光线投影算法在执行效果和执行效率上的优势进行了实验对比。
第五章，系统的设计与实现。第五章主要介绍了本文的三维系统开发环境和系统架构，并详细阐述了各模块的设计与实现方法，再进行各模块效果展示，最后对本系统的稳定性进行了实验分析。
第六章，总结与展望。第六章首先总结了本文的工作和成果以及本文解决的问题。其次，对系统存在的不足进行了说明，并根据这些不足展望了下一步应该继续完善的工作。
第二章相关技术研究
第二章相关技术研究
2.1 概述
所有医学图像都必须遵从统一的国际DICOM标准，以保证不同影像设备和系统间的互连互通。医学DICOM图像与常见的BMP、GIF、JPEG等图像格式不同，除了包含图像的像素数据外，还包括了病人信息、检查信息、序列信息以及与影像相关的参数，并且这些信息在医学图像的传输、存储和后处理过程中起着相对重要的作用。因此本章首先在2.2小节介绍了DICOM标准和DICOM图像格式。
为了对DICOM格式的医学影像进行数据的读取，本文研究了DCMTK开源开发工具包，DCMTK开发包几乎支持所有的DICOM通讯服务类、压缩方式、传输语法，能够方便地对医学图像数据进行读取、解压等操作，因此在本章第2.3节简单介绍了DCMTK开发工具包。为了快速实现医学图像的平滑去噪、配准、分割等多种处理，本文研究了ITK开源工具包，ITK是一个基于C++语言开发和设计的开放源码、跨平台、面向对象的软件开发包，ITK采用管道结构管理数据流程，提供医学图像滤波、配准、分割等算法的平台。但ITK不具有可视化功能，因此ITK常与可视化工具包VTK配合使用，VTK是在OpenGL的基础完成，是图像可视化和三维绘制的不二选择，并且VTK支持GPU编程，因此在本章的2.3节对ITK 和VTK也做了相应研究。
随着三维重建理论的不断发展，逐渐形成了面绘制和体绘制两种主要的绘制方法。面绘制通过设定固定的阈值只绘制特定物体的表面信息，因此计算量小绘制速度较快，但不能完全反映物体的内部细节。体绘制绘制速度较慢却能更完整更全面地获取物体的三维信息，随着计算机速度的不断提升，体绘制速度也不断提高，面绘制已经渐渐被体绘制所取代。因此本文主要研究如何通过图形处理单元在保证绘制质量的同时提高绘制效率，并研究了GPU图形处理单元。因此在本章的2.4、2.5小节分别介绍了体绘制技术和GPU图像处理单元。
对放射科医生来说，多平面重建（Multi-Planar Reformation,MPR）是一个非常方便且实用的技术，也是临床上使用频率最高、需求更严格的一种显像方式。利用MPR对全身脏器的进行冠状位、矢状位、横轴位和斜平面进行多平面重建，方便医生对病变的细微结构、病变与血管等周围其他组织的关系显示的更为清楚，为疾病诊断提供更多的信息。本章在2.6小节对多平面重建的技术进行了阐述。
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2.2 DICOM标准
2.2.1 DICOM标准概要
DICOM是医学数字成像与通讯标准的简称，是由美国放射学会（ACR）和美国电器制造商协会组织（NEMA）联合制定。于1985年发布了第一个版本ACR-NEMA 200-1985或者称为ACR-NEMA1.0，根据实际的医学业务和网络环境发展，DICOM标准也不断完善，于1988年发布2.0版本，1993年发布DICOM3.0，DICOM标准根据医疗行业的实际业务发展修改了标准本身存在一些不合理的地方也不断加入新的内容以适应各种医疗影像应用场合。为了促进医疗信息化的发展，每年都有不少的修改和补充纳入最新DICOM版本中，目前最新的标准版本为2015年C版。DICOM标准多年来致力于创造最广泛和最根本的数字医学成像标准，是医学影像的唯一标准，目前已被国际上普遍采用[22]。
DICOM标准作为医学影像唯一标准，覆盖了数字医学成像的所有方面，不仅规范了医学影像格式及相关信息，还包括了医学影像数据传输、存储和显示协议，为医学数字影像归档与传输系统（PACS）的发展奠定基础[23]，保证了PACS系统的交互。对于灰度图像显示，DICOM格式的医学图像最高支持65536个灰阶，相比JPEG或其它格式图像256个灰阶，医学图像更能反映其内部的所有细节信息。
目前最新的DICOM标准2015C版共包含20个章节，在以前版本的基础上增加了第十九章DICOM与HL7的通讯和第二十章DICOM中间接口,具体的内容结构如图2-1所示。
图2-1 DICOM标准内容结构图
第二章相关技术研究
2.2.2 DICOM文件格式
DICOM标准规范了医学影像的方方面面，主要内容又可分为图像格式和图像通讯两大模块，而本文是利用二维医学DICOM图像重建出三维图像，只需研究DICOM图像格式，因此本文中重点介绍DICOM文件格式。DICOM文件数据结构如图2-2所示。
图2-2 DICOM文件数据元素组成
DICOM文件由文件头和数据集两个部分组成，在文件头中又包含了导言和前缀两个部分。导言部分是128个字节的00H[24]，没有多大实际意义，由各设备厂商使用，用以表示自己的设备类型等。前缀在内存中占4个字节，内容为“DICM”，表示该文件是DICOM文件，是判断医学影像文件的主要依据。数据集由多个数据元素组成，在DICOM中数据元素按照固定的格式进行编码，如图2-3所示，数据元素包括标签、值类型、值长度、值域四个部分。不同的数据元素都有与之对应的唯一标签，用组号和元素号联合表示，每个数据元素在DICOM标准中都有其特殊的含义[25]。
图2-3 DICOM数据元素格式
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2.3 相关开发工具包介绍
2.3.1 DCMTK开发包
医学影像文件由于其复杂的文件格式和特殊的应用环境，若要对医学影像进行处理或是通讯传输，必须熟练掌握其底层通讯过程和其文件编码格式，这对开发者来说将是一个浩大的工程，必然增加开发的难度和周期，DCMTK正是在这种环境下应运而生。DCMTK是德国OFFIS公司提供的医学影像处理和通讯软件开发包，几乎支持所有的DICOM通讯服务类、压缩方式和传输语法[26]。使医学影像通讯相关开发者可以轻松完成自己的主要工作而不必将开发精力放在DICOM 协议的具体细节上。DCMTK几乎支持医学影像通讯标准中的全部协议[27,29]并且性能稳定，而且提供源码，可以方便开发者进行修改、调试。本系统开发采用了最新的DCMTK 3.6.1版本[28]。在VS下安装DCMTK开发工具包步骤如下：
(1)在DCMTK官网下载源代码文件和支持库文件，将下载的压缩文件解压到硬盘一个单独的文件夹。
(2)关闭所有跟VS相关的程序，使用CMAKE选择开发环境并对DCMTK进行编译，在CMAKE中选择源代码位置和编译后的二进制文件存放路径，再进行configure配置，configure完成后点击generate生成相应的工程文件。
(3)在CMAKE生成后的二进制文件中找到DCMTK.sln，并用VS编译器打开，选择项目生成，生成最终的链接库和相关头文件。
(4)将成功编译的DCMTK文件下的链接库和头文件通过CMAKE工具管理配置到工程中即可利用DCMTK提供的DICOM协议工具包进行相关开发。
2.3.2 ITK开发包
ITK是一个医学图像处理、图像配准、图像分割的算法平台，起源于美国可视化人体项目（visible human project,VHP）[30]，ITK提供了医学图像的读取、修改等特殊处理，常用于医学影像领域开发。ITK是一个所有开发者都可以使用、调试、发展的开源项目。相比封闭软件，开源软件有更多的人关注源码，提供了更多的升级可能，因此程序中的缺陷可以更快的被发现和解决。
ITK以数据处理为中心，采用管道结构来管理数据流程，数据对象沿管道流动，如图2-4所示，将数据对象与处理对象连结起来构成管道模型。在医学图像处理的算法流程中，图像处理的每一个过程可以看成一个模块，每个模块包含若干算法，
医学影像学试题-呼吸系统 第 1 页共 12 页 医学影像学诊断试题(呼吸系统) EA型题: 、常为大囊肿或多发小囊肿，无实质性的块状肺组织，常与1、形成肺门阴影的主要解剖结构是: 支气管相通。 A、肺动脉、肺静脉、支气管、淋巴结。 5、肺动静脉瘘的X线表现下列哪项是错误的。 B、肺动脉、上肺静脉、支气管、淋巴结。 A、肺野内可见园形或椭圆形均匀致密阴影(由黄豆到拳大)，C边缘清晰，略呈分叶状，与肺门间可见相连的粗大血管阴影。、肺动脉、上肺静脉、支气管。 D、肺动脉、肺静脉、淋巴结。 B、由于肋间动脉扩大，相应肋骨下缘可出现切迹。 E、肺动脉、上肺静脉。 C、透视时，瓦尔萨瓦氏试验，病变缩小，米勒氏实验病变增2、不符合气管异物的X线表现是: 大。 A、X线不透过性异物，在声门下区及气管内，呈矢状位。在正D、体层摄影可显示凸入支气管腔内的致密阴影，呈息肉状或位片上，仅见扁薄的侧面投影。菜花状阴影，管壁可不规则增厚。 B、X线不透过性异物，在声门下区及气管内呈冠状位，在正位E、体层片可显示病变的清新轮廓，与2—3条肺血管相连，右片上，能见其最大宽度的阴影。心插管肺动脉造影可显示病变的部位、大小及数目。 C、呼、吸两相，肺野透亮度变化小，呼气相时，两肺不能缩6、肺透明膜病的病理及X线表现: 小，两肺透亮度仍保持较高。 A、主要发生于早产儿。剖腹产或糖尿病产妇，可导致新生儿 D、胸部压力高，横隔上升轻微，深呼气相时，心影反比深吸易患本病。 气相时为小。 B、两侧肺野透亮度普遍减低，两肺野内有很多细小颗粒状阴E、X线所见阴性，不能除外气管内异物存在。影或小结节状及网状阴影，边缘清
医学图像三维重建的体绘制技术综述 摘要：体绘制技术是目前医学图像三维重建的主要方法之一，是一种能够准确反映出数据内部信息的可视化技术，是可视化研究领域的一个重要分支，是目前最活跃的可视化技术之一。本文首先分析了医学图像三维重建的两大方法及其基本思想，并将体绘制技术与面绘制技术进行了比较；然后分别描述了射线投射法、足迹法、剪切-曲变法、基于硬件的3D纹理映射、频域体绘制法以及基于小波的体绘制等典型算法；最后通过比较分析给出了各类算法的性能评价，并在此基础上展望了体绘制技术研究的发展前景。 关键字：体绘制；三维重建；可视化；性能评价 Abstract：Volume rendering techniques is one of the main methods of 3D reconstruction of medical images currently. It's also an important branch of visual technology which can reflect the inside information of data.It is one of the most active visualization technology.This paper first introduces are the two methods of 3D reconstruction of medical image and the basic thought of them,then volume rendering technology and surface rendering technology are compared.Secondly,the author introduces some kinds of algorithm for volume rendering：Ray Casting ,Splatting,Shear-Warp,3D Texture-Mapping Hardware,Frequency Domin V olume Rendering,Wavelet .Based V olume Rendering.The differences of their performances are compared and discussed in the last. Then some results are presented and their perspective are given in the end. Key words:Volume rendering techniques;3D reconstruction of medical images;visual technology;Performance evaluation
医学影像工作原理及图像获取方式 2.2医学超声影像工作原理 超声是指高于人耳听觉范围的声波，通常是指频率高于20 kHz的高频振动机检波，应用于医学诊断的超声频率一般在1MHz至几十MHz之间。自1958年商用超声成像产品问世以来，超声医学设备以其实时性、对人体无损伤、无痛苦、显示方法多样，尤其对人体软组织的探测和心血管脏器的血流动力学观察有其独到之处而成为在医学中应用最为广泛的成像设备之一。 超声在医学中的重要作用在于它不但可以穿透人体，而且可以与身体组织相互作用。超声波穿过人体时要经过折射和反射，这可发生在超声波经过的任何交界面上，其作用就如同光束经过一个非均匀物质一样。超声波的波长很短，从而易于窄脉冲波束的实现，因此超声换能器可以做得小而紧凑。 超声在临床应用中主要分为诊断与治疗两个方面：超声诊断采用的是较高频率（多在2MHz以上）与较低声强的超声波，高频可提高对组织的分辨率，用以获得清晰、细致的声像图，而低声强则可降低对组织损伤的副作用。超声治疗采用的是较低频率（通常<1MHz）与较高声强的超声波，低频超声增大对组织的穿透率，而高声强（特别是聚焦后）超声可对组织产生生物效应，用于选择性破坏局灶性病变。 2.2.1超声设备与种类 超声诊断主要应用超声良好的指向性和与光相似的反射、散射、衰减及多普勒(Doppler)效应等物理特性，采用不同的扫查方法，将超声发射到人体内，并在组织中传播，当正常组织或病理组织的声阻抗有一定差异时，它们组成的界面就会发生反射和散射，再将此回波信号接收，加以检波等处理后，显示为波形、曲线或图像等。由于各种组织的界面形态、组织器官的运动状况和对超声的吸收程度等不同，其回波有一定的共性和某些特性，结合生理、病理解剖知识与临床医学，观察、分析、总结这些不同的规律，可对患病的部位、性质或功能障碍程度做出概括性以至肯定性的判断。 超声诊断仪由主机和探头构成，均包括发射、扫查、接收、信号处理和显示等五个部分。超声诊断仪的种类很多，而且互有交叉，按照显示回波方式和空间的不同，主要包括以下几种： 1．A型(Amplitude Mode)超声 A型超声是最早出现的一维超声诊断技术，它将声束传播位置上的组织按距离分布的回波信息在显示器上以幅度调制的形式显示，并从回波的幅度大小、形状及位置进行诊断，回波强则波幅高，回波弱则波幅低。常用A型法测量界面距离、脏器径值以及鉴别病变的物理性质，它是现代各种超声成像的物理基础。 2．B型(Brightness Mode)超声 B超是把组织的一个断层面上的超声回波信息以二维分布形式显示出来，组织内的散射、反射回波信息以辉度调制方式显示，回波强则光点亮，回波弱则光点暗。光点随探头的移动或晶片的交替轮换而移动扫查，由于扫查连续，可以由点、线而扫描出脏器的解剖切面，它是二维空间显示，又称二维超声。 按其成像速度的不同，可分为慢速成像和快速成像，慢速成像只能显示脏器的静态解剖图像，由于每帧图像线数甚多，图像清晰，扫查的空间范围较大。快速成像能显示脏器的活动状态，也称为实时(ReaITime)显像诊断法，但所显示的面积较小，每幅图像线数与每秒显示的帧数相互约制，互为反比。按照扫描方式的不同，又可分为电子线性扫描、电子凸阵扫描、机械扇形扫描和相控阵扫描等。 3．M(Motion Mode)型超声
CT三维重建指南 1、脊柱重建： 腰椎： 西门子及GE图像均发送至西门子工作站，进入3D选项卡 A、椎体矢状位及冠状位： a. 选择骨窗薄层图像（西门子 1mm 70s；GE 0.625mm BONE），载入3D重建，调整定位线，使椎体冠状位、矢状位定位线与解剖位置一致，并将横断位定位线与两者垂直，将三幅图像模式改为MPR； b. 横断位作为定位相，做矢状位重建，打开定位线选项卡，点击垂直定位线，变换数字顺序，使其从右向左，选择层厚3mm，层间距3mm，方向平行于棘突-椎体轴线，两边范围包全椎体及横突根部（一般为19层），点击确定，保存； c. 矢状位作为定位相，打开曲面重建选项卡，沿各椎体中心弧度画定位相曲线，范围包全，双击结束，选择层厚3mm，层间距3mm，变换数字顺序，使其从前向后，范围前至椎体前缘，后至棘突根部（一般为19层），点击确定，保存。 B、椎间盘重建： a. 选择软组织窗薄层图像（西门子 1mm 30s；GE 0.625mm STND），载入3D重建，调整定位线，使椎体冠状位、矢状位定位线与解剖位置一致，并将横断位定位线与两者垂直，将三幅图像模式改为MPR； b. 矢状位作为定位相，做椎间盘重建，打开定位线选项卡，点击水平定位线，变换数字顺序，使其从上向下，选择层厚3mm，层间距3mm，层数5层，方向沿椎间隙走行方向，做L1/2-L5/S1椎间盘，注意右下角图像放大，逐个保存。 注意：脊柱侧弯患者，椎间盘重建过程中需不断调整冠状位定位相上矢状定位线（红色），使其保持与相应椎间隙垂直。 C、椎体横断位重建： 椎体骨质病变者，如压缩性骨折、骨转移、PVP术后等病人，加做椎体横断位重建，矢状位图像做定位相，沿病变椎体轴向，做横断位重建，注意重建图像放大，保存。 打片： 矢状位及冠状位二维一张：8×5；椎间盘一张：6×5； 若为椎体骨质病变者，椎间盘图像不打，打椎体横断位重建图像，共两张胶片。
姓名：顾衍文 学号：S1409W0536 专业：控制工程
医学图像处理 ——区域增长算法分割出肺部的气管 1、肺质分割已有的方法有许多种，这些方法都是基于阈值法、区域生长法、模 式分类法发展起来的，阈值分割法是传统的肺实质分割算法，分割速度快，但它对气管、支气管以及躯干以外的区域分割效果不理想，而且在阈值的选择上也存在实际困难。区域生长法是将具有连通性并且特征相近的非肺质区域提取出来的一种算法，它能够快速的分割肺质区域并保留弥散性边界，但它会忽视强梯度边界包围的区域，同时种子点的选取、生长合并条件的制定对结果的影响也十分显著。模式分类法需要先验知识的引入，采集大量的训练样本并提取图像特征，虽然该方法在分割的效果上较好，但训练和分割的处理时间长、算法复杂度高，这决定了模式分类法不适合应用在胸肺CT 的预处理环节中。 原始肺部图片 2、就区域生长法而言，需要设置的参数有两个，分别是阈值和种子点。在种子点的选取上，通常设置在主气管的顶端也就是胸肺CT 切片数据第一张中的气管区域，生长过程采用8 邻域的三维生长方式，气管树的抽取至上而下。在阈值的选取上，为了自动获取最优的阈值，
算法中引入了泄漏检测规则和阈值递增法则，实验的初始阈值T0 设定为一个保守阈值，本实验从经验值（-960HU）开始，每次生长结束后阈值增加10HU，直至结果中检测到泄漏。当泄漏现象被探测到时，迭代过程终止，并取上一次的阈值Tk 分割结果作为最优阈值生长的结果输出。对泄漏的检测规则是通过比较阈值递增过程中前后两次分割抽取的体素总量的变化，当泄漏发生时，生长区域扩散到肺实质，这会使分割出的体素总量大幅增加。 区域增长后得到的肺部气管3D图 3、采用mevislab的算法和参数配置图：
《医学影像学》教学备课 第四章循环系统 第一节心脏与心包 一、检査技术 循环系统就是一个不断运动得系统，现代影像检查对心脏与大血管疾病得诊断具有举足轻重得地位，它不仅能显示心脏大血管得外部轮屎与内部结构，而且能观察心脏得运动与功能，还可对血流进行测呈:。目前心脏大血管影像检查除传统得X线、超声、核医学、血管造影外, 新近岀现了多层螺旋CT 技术与MRI心脏快速成像技术.拓展了心脏大血管检查得领域，已成为心脏大血管检查得重要手段。（-）X线检査： X线检査包括胸部透视、心脏摄片、心脏血管造影检查。胸部透视尹影像淸晰度差、无客观技术已基本淘汰。心脏血管造影仍旧就是目前多种心血管疾病诊断得金标准。 （二）超声检查 参考超声章节 （三）CT检査 常规得CT设备由于扫描时间与成像时间长,心内结构也显示不淸，难于应用CT检査心, 大血管。自从超高速CT设备与螺旋扫描技术问世以来，才使CT检査心、大血管成为可能。 CT检查包括MSCT、EBCTo MSCT图像质量髙、检查时间短、费用较低，诊断效果较好，层厚已达0.5mm.可以用于冠状动脉成像。并配合多种重建技术，使得影像具有3维效果。EBCT主要用于观察心脏形态与瓣膜运动，计算心功能.分析血流动力学改变，由于空间分辨力较低,临床应用受到限制。 （四）、MR检查 心、大血管MRI检査得优点就是:①由于血流得流空效应，心大血管内腔呈黑得无信号区, 与心血管壁得灰白信号形成良好得对比，能淸楚地显示心内膜、瓣膜、心肌、心包与心包外脂肪;②MRI为无损伤性检查;③可从冠状面、矢状而、横断面以及斜而来显示心、大血管得层面形态。 目前心血管MRI成像速度已达20ms/s帧图像，可用于心脏得实时动态显示。时间分辨力得提高，改善了图像质量。 完成心脏MRI检査，需要一立得技术:包括心电门控技术、成像方位选择、脉冲序列得选择、心脏灌注成像。
医学图像三维可视化原理 一．原理： 医学图像的三维可视化技术主要包括三维重建绘制的预处理技术及绘制技术。在对体数据进行绘制之前,要对图像数据进行改善像画质、分割标注、匹 配融合等预处理操作。 1.三维重建绘制的预处理技术及绘制技术： （1）改善图像画质改善图像画质主要使用四种技术:① 锐化技术,即突出图像上灰度突变的各类边缘信息,增大对比度,使图像轮廓更加清晰;②平滑技术,即抑制噪声而达到改善像质的措施;③复原技术,即根据引起图像质量下降的原因而采取的一种恢复图像本来面目的处理措施;④校正技术,即采用几何校正措施,去掉图像上的几何失真。通过以上技术可以去除图像上的畸变及噪声信息,使图像更加清晰,以便用目视准确判读和解释。 （2）分割标注分割标注是保证三维重建准确性的关键技术,分割效果直接影响三维重构的精确度[4]。图像分割的目标是将图像分解成若干有意义的子区域(或称对象)。标注则为了能够识别出各区域的解剖或生理意义。在医学图像领域,常常简单地将分割标注的过程称为分割。 （3）可简单的将医学图像分割分为两类:基于边界和基于区域。基于边界的分割寻找感兴趣的封闭区域;基于区域则是将体数据分为若干不重叠的区域,各区域部的体素相似性大于区域之间的体素相似性[5]。在三维领域,由于各向异性, 往往是两种方法混合使用,以达到最佳的精度和效率。医学图像分割的具体方法有聚类法、统计学模型、弹性模型、区域生长、神经网络等。 2．医学体数据三维可视化方法通常根据绘制过程中数据描述方法的不同可分为
两大类:一类是通过几何单元拼接拟合物体表面而忽略材料的部信息来描述物体三维结构的,称为基于表面的三维面绘制方法(surfacefitting),又称为间接绘制方法;另一类是直接将体素投影到显示平面的方法,称为基于体数据的体绘制方法(directvolumerendering),又称为直接绘制方法。 （1）面绘制方法表面绘制是一种普遍应用的三维显示技术,其首先是从体数据中抽取一系列等值面（,是指在一个网格空间中由在某点上的采样值等于一定值的所有点组成的集合。）,并用多边形拟合近似后,再通过传统的图形学算法显示出来。由于表面可以简洁地反映复杂物体的三维结构,因此在医学图像中边界面轮廓是用于描述器官的最重要特征。 （2）体绘制方法(其原理实质是将离散的三维空间数据转换为离散二维数据，将离散的三维数据场转换为离散的二维数据点阵)体绘制方法以其在体数据处理及特征信息表现方面的优势,已得到研究者越来越多的重视,被越来越广泛地应用于医学领域。这类方法依据视觉成像原理,首先构造出理想化的物理模型,即将每个体素都看成是能够接受或者发出光线的粒子,然后依据光照模型及体素的介质属性分配一定的光强和不透明度,并沿着视线观察方向积分,最后在像平面上就形成了半透明的投影图像。投影法和光线跟踪法就是两种体绘制方法。
MC算法在医学图像三维重建中的应用 摘要：详细介绍了mc算法，提出了优化网格模型简化算法。优化网格模型简化算法选取坐标点的原则是，尽可能地接近原始网格，通常采用子集选择法或优化选择法。在尽可能保证图像精度的前提下，优化网格模型简化算法可以提高运算速度，而单纯的网格算法由于失真严重而缺乏实用价值。基于体绘制的网格化简化算法重建的三维模型比较完全，且算法简单，在多排螺旋ct等医学图 像三维重建中有较好的应用。 关键词：三维重建；移动立方体算法；面绘制 abstract： 3d reconstructions has been widely used in the field of medical disease diagnosis and marching cube algorithm (mc) is the most representative structure in the face of 3d reconstructions. the authors introduce in the paper the principle of mc algorithm, and present a simplified algorithm based on optimized grid model. the simplified algorithm selects points as close to original grid as possible, usually using the subset selection method or the optimized selection method. to ensure the best possible result in image accuracy, the simplified algorithm will improve the computation speed, while the pure grid algorithm is not practical due to serious distortion. the experiments show
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 专业学位硕士学位论文MASTER THESIS FOR PROFESSIONAL DEGREE 论文题目医学影像三维重建系统的研究与实现 专业学位类别工程硕士 学号 201322070532 作者姓名 卢开文 指导教师蒲立新副教授
分类号密级 UDC注1 学 位 论 文 医学影像三维重建系统的研究与实现 （题名和副题名） 卢开文 （作者姓名） 指导教师 蒲立新 副教授 电子科技大学 成 都 （姓名、职称、单位名称） 申请学位级别 硕士 专业学位类别 工程硕士 工程领域名称 控制工程 提交论文日期2016年4月28日论文答辩日期2016年5月9日学位授予单位和日期 电子科技大学2016年6月28日答辩委员会主席 邹见效 评阅人 金卫 王子斌 注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。
RESEARCH AND IMPLEMENTAION OF MEDICAL IMAGE 3D RECONSTRUCTION SYSTEM A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Master of Engineering Author: Lu Kaiwen Advisor: Pu Li-xin School : School of Automation Engineering
独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 作者签名：日期：年月日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名：导师签名： 日期：年月日
ＤＩＣＯＭ医学图像三维可视化系统的研究 Research on 3-D Visualization System for DICOM Medical Image 骆建珍 林财兴 孟令旗 杨安荣 （上海大学机电工程与自动化学院，上海 ２０００７２） 摘 要：医学图像三维可视化是当前科学计算可视化应用的重点。通过对ＤＩＣＯＭ图像的结构、解析方法和三维可视化技术的探讨以及对系统结构和各模块功能的研究，开发了ＤＩＣＯＭ医学图像三维可视化系统。研究表明，该系统能有效地实现ＤＩＣＯＭ医学图像三维可视化，为医务人员提供更为直观逼真立体图像，具有广泛的临床应用价值。 关键词：ＤＩＣＯＭ 可视化 ＶＴＫ 体绘制 面绘制 Ａｂｓｔｒａｃｔ： ３－Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｉｓ ａ ｍａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ３－Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＤＩＣＯＭ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｖｉａ ｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ＤＩＣＯＭ ｆｉｌｅ ｆｏｒｍａｔ ａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ３－Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ３－Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｅ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍｐｒｏｖｉｄｅｓ ｍｏｒｅ ｉｎｔｕｉｔｉｏｎｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｖｉｖｉｄ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｆｏｒ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ， ａｎｄ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎ ｃｌｉｎｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＤＩＣＯＭ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ＶＴＫ ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ０ 引 言 医学图像三维可视化是可视化技术在医学领域的一个重要应用，是当前医学图像处理的研究热点。它利用计算机将二维图像 序列重建三维图像模型，弥补医学成像设备在成像上的不足，为 医生提供直观、逼真、具有真实感的三维医学图像，有效地提高 了诊断效率。ＤＩＣＯＭ（ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ）是医学数字成像和通信的国际标准，是目前国 际上唯一为广大医疗影像设备厂家所严格遵守的规范。如何用 现有的先进图像处理软件（ＶＴＫ）和硬件设备将ＤＩＣＯＭ医学图 像三维可视化成了人们普遍关注的问题。因此，研究ＤＩＣＯＭ医 学图像的三维可视化无论在临床应用方面还是在理论研究方面， 都具有重大的意义。 １ ＤＩＣＯＭ的概念 ＤＩＣＯＭ是由美国放射学院（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ， ＡＣＲ）和国家电气制造商协会（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒ－ ｅｒｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，ＮＥＭＡ）共同制定的，它包括医学的数字成 像和通信两个方面。该标准的制定有效地解决了各种不同的成 作者简介：骆建珍 硕士研究生。主要研究领域为医学图像处理。 林财兴 博士生导师，教授。主要研究领域为ＣＩＭＳ。 孟令旗 硕士研究生。主要研究领域为医学图像处理。 杨安荣 博士研究生。主要研究领域为医学图像处理。像设备之间交换图像的障碍，促进了数字图像设备的网络化和医学影像技术的发展。 ＤＩＣＯＭ文件一般由１个ＤＩＣＯＭ文件头和１个ＤＩＣＯＭ数据集合组成。ＤＩＣＯＭ文件头（ＤＩＣＯＭ ｆｉｌｅ ｍｅｔａ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）包含了标识数据集合的相关信息。每个ＤＩＣＯＭ文件都必须包括该文件头。文件头的最开始是文件前言，它由１２８个００Ｈ字节组成；接下来是ＤＩＣＯＭ前缀，它是一个长度为４字节的字符串“ＤＩＣＭ”，可以根据该值来判断一个文件是不是ＤＩＣＯＭ文件。文件头中还包括其他一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。 ＤＩＣＯＭ文件主要组成部分就是数据集合。这不仅包括医学图像，还包括许多和医学图像相关的信息，如病人姓名、图像大小等。在ＤＩＣＯＭ文件中最基本的单元就是数据元素（ｄａｔａ－ｅｌｅｍｅｎｔ），ＤＩＣＯＭ数据集合就是由ＤＩＣＯＭ数据元素按照一定的顺序排列组成的。 ＤＩＣＯＭ数据元素主要由４个部分组成——标签、ＶＲ（ｖａｌｕｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ，数据描述）、数据长度和数据域。标签是
医学图像三维可视化原理
医学图像三维可视化原理 一．原理： 医学图像的三维可视化技术主要包括三维重建绘制的预处理技术及绘制技术。在对体数据进行绘制之前,要对图像数据进行改善像画质、分割标注、匹配融合 等预处理操作。 1.三维重建绘制的预处理技术及绘制技术： （1）改善图像画质改善图像画质主要使用四种技术:① 锐化技术,即突出图像上灰度突变的各类边缘信息,增大对比度,使图像轮廓更加清晰;②平滑技术,即抑制噪声而达到改善像质的措施;③复原技术,即根据引起图像质量下降的原因而采取的一种恢复图像本来面目的处理措施;④校正技术,即采用几何校正措施,去掉图像上的几何失真。通过以上技术可以去除图像上的畸变及噪声信息,使图像更加清晰,以便用目视准确判读和解释。 （2）分割标注分割标注是保证三维重建准确性的关键技术,分割效果直接影响三维重构的精确度[4]。图像分割的目标是将图像分解成若干有意义的子区域(或称对象)。标注则为了能够识别出各区域的解剖或生理意义。在医学图像领域,常常简单地将分割标注的过程称为分割。 （3）可简单的将医学图像分割分为两类:基于边界和基于区域。基于边界的分割寻找感兴趣的封闭区域;基于区域则是将体数据分为若干不重叠的区域,各区域内部的体素相似性大于区域之间的体素相似性[5]。在三维领域,由于各向异性, 往往是两种方法混合使用,以达到最佳的精度和效率。医学图像分割的具体方法有聚类法、统计学模型、弹性模型、区域生长、神经网络等。 2．医学体数据三维可视化方法通常根据绘制过程中数据描述方法的不同可分为
两大类:一类是通过几何单元拼接拟合物体表面而忽略材料的内部信息来描述物体三维结构的,称为基于表面的三维面绘制方法(surfacefitting),又称为间接绘制方法;另一类是直接将体素投影到显示平面的方法,称为基于体数据的体绘制方法(directvolumerendering),又称为直接绘制方法。 （1）面绘制方法表面绘制是一种普遍应用的三维显示技术,其首先是从体数据中抽取一系列等值面（,是指在一个网格空间中由在某点上的采样值等于一定值的所有点组成的集合。）,并用多边形拟合近似后,再通过传统的图形学算法显示出来。由于表面可以简洁地反映复杂物体的三维结构,因此在医学图像中边界面轮廓是用于描述器官的最重要特征。 （2）体绘制方法(其原理实质是将离散的三维空间数据转换为离散二维数据，将离散的三维数据场转换为离散的二维数据点阵)体绘制方法以其在体数据处理及特征信息表现方面的优势,已得到研究者越来越多的重视,被越来越广泛地应用于医学领域。这类方法依据视觉成像原理,首先构造出理想化的物理模型,即将每个体素都看成是能够接受或者发出光线的粒子,然后依据光照模型及体素的介质属性分配一定的光强和不透明度,并沿着视线观察方向积分,最后在像平面上就形成了半透明的投影图像。投影法和光线跟踪法就是两种体绘制方法。
医学影像学诊断试题（呼吸系统） A型题： 1、形成肺门阴影的主要解剖结构是： A、肺动脉、肺静脉、支气管、淋巴结。 B、肺动脉、上肺静脉、支气管、淋巴结。 C、肺动脉、上肺静脉、支气管。 D、肺动脉、肺静脉、淋巴结。 E、肺动脉、上肺静脉。 2、不符合气管异物的X线表现是： A、X线不透过性异物，在声门下区及气管内，呈矢状位。在正位片上，仅见扁薄的侧面投影。 B、X线不透过性异物，在声门下区及气管内呈冠状位，在正位片上，能见其最大宽度的阴影。 C、呼、吸两相，肺野透亮度变化小，呼气相时，两肺不能缩小，两肺透亮度仍保持较高。 D、胸部压力高，横隔上升轻微，深呼气相时，心影反比深吸气相时为小。 E、X线所见阴性，不能除外气管内异物存在。 3、肺不发育，下列叙述中哪项不符合。 A、一侧性全肺不发育，显示患侧均匀致密，纵隔移向患侧，横膈上升。 B、健侧肺过度膨胀，并可跨越中线疝向患侧。 C、胸廓两侧不对称，不伴有肋骨脊柱等复合畸形。 D、过度曝光片和体层摄影能直接显示较大的支气管畸形。 E、胸廓两侧对称，但常伴有肋骨、脊柱畸形，膈疝等复合畸形。 4、肺隔离症的病理及其分型中哪项是错误的。 A、部分发育不全的肺与正常支气管不相通，无呼吸功能。 B、病区有异常血管供应，常来自胸主动脉下段或腹主动脉上段。 C、肺叶内型：多位于下叶后基底段，隔离的肺与同叶正常的肺组织被同一脏层胸膜所包裹，分界清楚，但却无法分离。 D、肺叶外型：为副肺叶或副肺段，常为隔下或膈与肺下叶之间的一块无功能的肺组织。 E、常为大囊肿或多发小囊肿，无实质性的块状肺组织，常与支气管相通。 5、肺动静脉瘘的X线表现下列哪项是错误的。 A、肺野内可见园形或椭圆形均匀致密阴影（由黄豆到拳大），边缘清晰，略呈分叶状，与肺门间可见相连的粗大血管阴影。 B、由于肋间动脉扩大，相应肋骨下缘可出现切迹。 C、透视时，瓦尔萨瓦氏试验，病变缩小，米勒氏实验病变增大。 D、体层摄影可显示凸入支气管腔内的致密阴影，呈息肉状或菜花状阴影，管壁可不规则增厚。 E、体层片可显示病变的清新轮廓，与2—3条肺血管相连，右心插管肺动脉造影可显示病变的部位、大小及数目。 6、肺透明膜病的病理及X线表现： A、主要发生于早产儿。剖腹产或糖尿病产妇，可导致新生儿易患本病。 B、两侧肺野透亮度普遍减低，两肺野内有很多细小颗粒状阴影或小结节状及网状阴影，边缘清晰，分布于内中带。 C、充气的气管、支气管可伸展至肺段支气管，肺野外围透亮度增加，病变进展可形成大片状阴影或两肺透亮度减低，似毛玻璃状，心脏、纵隔、横膈边缘模糊。 D、胸廓扩张不良，膈肌位置升高。 E、婴儿肺部的成熟程度和产前窒息的轻重，与病变分布的范围有密切关系，每隔1～2小时摄片观察对诊断具有一定意义。 7、不符合急性粟粒性肺结核的表现是： A、大量结核菌一次或短时间内数次侵入血循环，到达肺部所引起。 B、两肺从肺尖到肺底均匀分布，小点状阴影，约2MM大小。 C、病灶大小、密度基本相同，短期病灶可融合。 D、病灶边缘较清楚，如有渗出性反则较模糊。 E、一周内可出现典型的结节影。 8、颅骨骨折14天，现有血丝痰，胸片上右肺下野有一圆形阴影，约8＊8CM大小，边缘清楚，复查肿块缩小缓慢，应考虑为：A、周围型肺癌。
医学图像处理技术 摘要：随着医学成像和计算机辅助技术的发展，从二维医学图像到三维可视化技术成为研究的热点，本文介绍了医学图像处理技术的发展动态，对图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。在比较各种技术在相关领域中应用的基础上，提出了医学图像处理技术发展所面临的相关问题及其发展方向。关键词：医学图像处理；图像分割；图像配准；图像融合；纹理分析 1．引言 近20 多年来，医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一，其结果使临床医生对 人体内部病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。20 世纪70 年代初，X-CT 的发明曾引发了医学影像领域的一场革命，与此同时，核磁共振成像象(MRI :Magnetic Resonance Imaging)、超声成像、数字射线照相术、发射型计算机成像和核素成像等也逐步发展。计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础，带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。各种新的医学成像方法的临床应用，使医学诊断和治疗技术取得了很大的进展，同时将各种成像技术得到的信息进行互补，也为临床诊断及生物医学研究提供了有力的科学依据。 在目前的影像医疗诊断中,主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体,往往需要借助医生的经验来判定。至于准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系,仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此,利用计算机图象处理技术对二维切片图象进行分析和处理,实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示,可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析,可以大大提高医疗诊断的准确性和可靠性。此外,它在医疗教学、手术规划、手术仿真及各种医学研究中也能起重要的辅助作用。 本文对医学图像处理技术中的图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。 2．医学图像三维可视化技术 2.1 三维可视化概述 医学图像的三维可视化的方法很多，但基本步骤大体相同，如图.。从#$ /&’(或超声等成像系统获得二维断层图像，然后需要将图像格式（如0(#1&）转化成计算机方便处理的格式。通过二维滤波，减少图像的噪声影响，提高信噪比和消除图像的尾迹。采取图像插值方法，对医学关键部位进行各向同性处理，获得体数据。经过三维滤波后，不同组织器官需要进行分割和归类，对同一部位的不同图像进行配准和融合，以利于进一步对某感兴趣部位的操作。根据不同的三维可视化要求和系统平台的能力，选择不同的方法进行三维体绘制，实现三维重构。 2.2关键技术： 图像分割是三维重构的基础，分割效果直接影像三维重构的精确度。图像分割是将图像分割成有意义的子区域，由于医学图像的各区域没有清楚的边界，为了解决在医学图像分割中遇到不确定性的问题，引入模糊理论的模糊阀值、模糊边界和模糊聚类等概念。快速准确的分离出解剖结构和定位区域位置和形状，自动或半自
1 ?男，60岁。肺癌术后2年，腰背痛2月。CT示腰3下缘、腰4上缘破坏，腰3- 4椎间盘破坏，腰3-5左侧椎旁软组织肿胀，最大可能是：C A. 转移瘤 B. 血管瘤 C. 结核 D. 骨髓瘤 E. 椎间盘突出 2 ?关于急性肺脓肿哪项是错误的D A. 好发于上叶后段或下叶背段 B. 呈圆形软组织影边缘模糊 C. 病变于胸膜交界呈锐角 D. 增强扫描呈均匀强化 E. CT引导下可行导管引流治疗 3 .下述关于肺错构瘤的CT表现不正确的是：E A. 肿块呈圆形，常位于胸膜下 B. 肿块边缘可见浅分叶 C. 肿块内可测到脂肪密度 D. 局部血管可被挤压推移 E. CT显示病变内钙化不如平片 4 ?全小叶型肺气肿的典型CT表现是：A A. 两肺弥漫分布低密度区，无壁 B. 呈散在小圆形低密度区，无壁 C. 胸膜下肺大泡 D. 肺内肺大泡形成 E. 蜂窝状改变 5 .下列哪一项不符合神经源性肿瘤的CT表现B A. 一侧脊柱旁圆形或乱圆形肿块影 B. 早期扫描常不强化 C. 起源于椎管内神经根的神经纤维瘤可呈哑铃状 D. 多数神经鞘瘤因含脂肪较多而呈比周围肌肉低的密度 E. 边缘锐利，附近骨骼可形成压迹 6 .下列哪一项不符合支气管囊肿的CT表现D A. 肿块呈圆形或椭圆形，密度均匀 B. 呈水样密度
A. 心包囊肿 B. 淋巴管瘤 C. 膈疝 D. 肺隔离症 E. 神经源性肿瘤 &对支气管扩张的诊断最有价值的是：D A. 胸片 B. 断层 C. CT D. 支气管造影 E. 以上都不是 9 .胸内淋巴结结核最先受累的是：D A. 气管旁淋巴结 B. 隆突下淋巴结 C. 气管-支气管淋巴结 D. 支气管一肺门淋巴结 E. 以上都不是 10. 纵隔肿块定位诊断的首选方法是：A A. 胸部正侧位片 B. 体层 C. 血管造影 D. 支气管造影 E. CT 11. 指出下述与肺心病不符的X线征象：C A. 肺气肿 B. 右心室增大 C. 左心室明显增大 D. 右前斜位见肺动脉圆锥明显突出 E. 右下肺动脉直径＞15mm 12. 肺癌可以经过气管转移扩散，最突出的例子是：E A、鳞癌 B、小细胞癌 C、大细胞癌 D类癌 E、细支气管肺泡癌 13. 大叶性肺炎实变期一般出现在：D A、发病后立即出现 B、发病后6~12小时 C、发病后12~24小时 D发病后2~3天
医学图像三维重建中的关键算法 罗东礼，徐大宏，赵于前 (中南大学信息物理工程学院生物医学工程研究所，长沙410083) 摘要：本文主要讨论了基于序列图像的三维重建中的两个关键算法：特征数据点列的重采样算法与三角化算法。本文把Douglas-Peucker线性简化算法应用在特征边界的重采样上，数据的压缩比得到了明显的改善，也显著地提高了可视化速度。并使用一种简单的三角化算法，对重采样后的数据点列进行三角化，实现目标的三维重建。 关键词：图像序列，三维重建，重采样，三角化 The Algorithm about 3D Reconstruction of Image Sequences Luo Dongli，Xu Dahong，Zhao Yuqian (Institute of biomedical Engineering, School of Info-Physics Geomatics Engineering, CSU, Changsha 410083) Abstract This paper discusses two important algorithms in 3D reconstruction of image sequences, i.e. re-sampling algorithm and triangulation algorithm. An improved algorithm for Doulas-Peucker Line-Simplification is presented. This algorithm can improve the performance of re-sampling and 3D data field visualization. Triangulation is implemented by using a simple triangulation algorithm. Sequentially, 3D object reconstruction is achieved. Keywords Image Sequence, 3D Reconstruction, re-sampling, Triangulation 0 引言 随着计算机软硬件技术，以及医学成像技术的日益发展，基于数字图像技术的医学应用系统也逐渐得到了长足的发展。在这些医学应用系统中，在有效精确地提取出医学图像中相应目标特征量的基础上，进行人体组织或器官的三维重建[1,2]，是很多实用系统的基础，如基于图像的病理分析[3]、基于图像的手术导引与增强[4,5,6,8]、虚拟手术平台[7]等应用系统，因此医学图像的三维重建一直是国内外医学界及图像领域的研究与应用热点之一。 三维重建的目的是从一系列二维切片数据（图像）中得到物体的三维表示，一般使用网格的形式来表示。目前，三维重建过程中经常延用的一种经典算法是Lorensen等人于1987年提出的Marching Cubes方法[10]，其原理简单，易于实现。但这种方法计算效率低，输出的三角网格数量巨大。因此近些年来，仍然有研究者们从不同角度对该算法进行改进[9,11,12]。本文在文献[13]的基础上提出了一种改进重采样算法结合文献[9]基于轮廓的三维重建方法，运用并改进了相关算法，与直接运用文献[9]所提出的算法相比较，本文所提出并改进的方法处理速度更快，输出的三角网格数量也较少，而且三角网格的形态也比较理想。 在第1小节中对算法作了描述，第2小节总结并分析了本文所提出方法的一些性能。 1 算法描述 作者实现基于序列图像三维重建的主要思路如下： (1) 特征提取：在序列图像中提取出需要重建目标的轮廓；
基于IDL的医学图像三维可视化1 肖强菊1，吕英华1 1北京邮电大学继续教育学院，北京(100876) E-mai：qiangjuxiao@https://www.doczj.com/doc/6e2429000.html, 摘要：利用IDL对PET/CT医学图像数据进行三维可视化进行分析研究。使用表面绘制和体绘制两种绘制技术进行三维可视化，并通过结果分析比较二者的特点。深入IDL内部机制，详细说明了对PET/CT数据的可视化过程；最后对试验结果进行讨论、比较、分析，可以看出IDL作为图像处理和三维可视化工具的功能十分强大。 关键词：IDL PET/CT DICOM标准 三维可视化 中图分类号：TP 274+.2 1.引言 从1895年Roentgen发现X射线，科学家们就开始了对放射线的研究，在1972年，英国EMI公司中央研究所工程师豪斯菲尔德(Housfield)研制成功诊断头颅的第一台电子计算机X线断层摄影装置，被命名为电子计算机断层摄影技术（简称CT）。到现在，电子扫描技术已经得到了很大的发展和进步，目前已经有了同时产生PET和CT影响的PET/CT机，它将PET和CT设备有机地结合在一起，使用同一个检查床和同一个图像处理工作站的现代医疗设备[1]。二者的结合能很好的对病灶进行定位，满足繁多的精确放疗要求并有助于进一步提高诊断的准确性。PET/CT的出现被认为是医学影像学的一场革命，将功能影像与解剖影像完美结合起来，真正实现了无缝链接[2]。 随着医学技术和计算机图形图像技术的发展，医学工具和计算机科学理论有机地结合使得医学图像处理技术迅速发展，在临床医学上，可以利用计算机三维可视化技术将从PET/CT 机中获得的DICOM格式的二维图像序列重建出三维虚拟实体，为医生提供了直观、明确、清晰的视图。因此，医学图像的三维可视化技术对临床和科学研究都具有重大的意义。 本系统使用IDL语言对DICOM格式的PET/CT数据进行三维可视化。 2.背景知识 2.1 IDL介绍 IDL(Interactive Data Language)交互式数据语言是由美国Kodak公司的全资子公司RSI(Research System Inc.)开发并投向市场的、面向矩阵的且用于数据可视化研究与应用开发的第四代计算机语言[3]。以其面向对象和语法简单的特点，能够快速地分析数据并实现可视化，在航天、医学、地理、天文等各个领域应用广泛。 IDL提供了可视化数据分析的解决方案，可以让科研人员通过已有的工具浏览和分析数据，又可以通过利用其快速的程序原型进行高级编程来设计软件系统。 2.2 PET/CT简介 PET 即正电子发射型计算机断层扫描显像（Positron Emission Tomography ，简称PET ）。 CT是计算机断层扫描显像（ Computed Tomography ，简称 CT ）。二者都是肿 1本课题得到生物医学工程国家自然基金重点项目科研基金（项目编号：60331010）的资助。