三維醫(yī)學數據體繪制的傳輸函數設計方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代醫(yī)學影像學和計算機技術的高速發(fā)展，三維醫(yī)學數據可視化在醫(yī)學影像的診斷與治療以及生物醫(yī)學研究中起到越來越關鍵的作用。其主要作用是幫助臨床醫(yī)生或研究人員直觀的看到并了解生物體內部的情況，尤其是他們感興趣的組織或結構的相互連接關系和幾何形狀大小。相比于傳統(tǒng)的二維切片顯示，三維醫(yī)學數據的可視化為用戶提供了更加逼真的顯示手段和定量的分析工具，便于用戶從多角度、多層次的觀察分析醫(yī)學影像，在輔助診斷、引導治療等方面都有著廣泛的應用。
　

2、　三維醫(yī)學數據可視化常用的一種方法是直接體繪制，傳輸函數是直接體繪制中最重要的步驟之一，它把三維醫(yī)學影像數據中每個體素的數值特征映射成為光學特征，如顏色和不透明度，實現(xiàn)具有真實感的三維圖像繪制。傳輸函數設計的好壞決定了可視化的質量的高低。
　　本文的主旨在于研究高效的傳輸函數設計方法和體繪制交互方法，其目的都是避免復雜的交互式傳輸函數設計，提升醫(yī)學體繪制的效率。經典的基于邊界的傳輸函數設計，如f-|▽f|二維統(tǒng)計直方圖和LH二維統(tǒng)

3、計直方圖，能夠快速的聚類和提取不同的邊界。然而，這兩種方法在噪聲干擾下，直方圖中邊界的聚類變得模糊，這導致邊界提取不完整和用戶交互復雜。由于各個角度體數據的投影不同，需要調節(jié)傳輸函數來使得感興趣的組織或結構得到突出顯示。然而，體繪制參數的調節(jié)對于沒有先驗知識的普通用戶來說，是一個反復嘗試而且耗時的過程。針對上述問題，本文從基于邊界的傳輸函數設計和體繪制參數的調節(jié)兩個方面，對上述算法進行改進，提升了邊界提取的可靠性和用戶交互的高效性。

4、r>　　1、針對CT圖像，本文提出了一種基于動態(tài)的統(tǒng)計直方圖的傳輸函數設計方法。一方面，我們建立了一個通用的受噪聲干擾的邊界模型;另一方面，在此基礎之上，提出了一個新的基于邊界中值(M)、邊界高度(△h)和梯度(|▽f|)的多維傳輸函數設計方法。和傳統(tǒng)的統(tǒng)計直方圖呈現(xiàn)所有的邊界信息不同，提出的動態(tài)直方圖方法每次只顯示一種邊界。另外，還提出了一個簡單的邊界迭代提取策略:首先把所有邊界按照邊界高度由高到低排序，用戶控制△h的值由大到小直到有

5、一個豎條出現(xiàn)在M-|▽f|直方圖中，邊界會被依次提取直到△h變?yōu)?。得益于這個迭代提取策略，邊界間的誤分和受噪聲干擾得以降低;此外，由于區(qū)域消除和區(qū)域擴張的進一步運用，繪制質量得以提高。
　　2、本文亦提出了一種所選即所得(what materialyou pick is what boundaryyou see)邊界體繪制傳輸函數設計方法。不同于傳統(tǒng)的直方圖的邊界傳輸函數設計方法是利用數學統(tǒng)計聚類實現(xiàn)的，首先提出了以用戶為中心的

6、邊界提取的準則和基于這個準則改進的邊界模型，然后提出了一個所選即所得的邊界傳輸函數設計方法。一方面，用戶可以通過直接選擇感興趣的組織或結構來傳遞語義信息;另一方面，采用三維Canny邊緣檢測算子來確保邊界位置的可靠性。最后，建立了一個點到物體(point-to-material)的距離度量來確保邊界的準確性和完備性。整個基于邊界的傳輸函數設計方法都是直接在三維圖像上進行操作，設計過程具有很好地直觀性、實時性和精確度。
　　3、直接

7、體繪制把三維物體壓縮成二維圖像會造成深度信息的損失，這種損失主要表現(xiàn)為物體的遮擋。為了快速調節(jié)傳輸函數參數使得感興趣的組織或結構能在各個角度都能有清晰突出的顯示，本文首先提出可視比率(visibility ratio)和遮擋向量(occlusion vector)兩個定量描述遮擋的概念，這兩個概念都是直接來源于離散體繪制算法的推導。其次提出了一個交互式的線性反饋機制來調節(jié)傳輸函數的參數。整個反饋機制與經典的α顏色混合非常類似，用戶可以定