醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)三維交互可視化方法的研究.pdf

1、隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)逐步向精細(xì)化發(fā)展，對(duì)醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行更直觀、全面分析的要求越來越迫切。可視化技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造出直觀、真實(shí)的三維治療場(chǎng)景，因此可極大地提高診斷的效率和準(zhǔn)確性。由于臨床應(yīng)用中，對(duì)于最終三維模型質(zhì)量的要求較高，但對(duì)其可視化所需計(jì)算量通常較大，在普通微機(jī)上難以同時(shí)兼顧可視化模型的質(zhì)量和交互速度；某些診斷和治療過程中存在風(fēng)險(xiǎn)，其根本原因在于事先無(wú)法較好地觀察到病人體內(nèi)的組織間的三維關(guān)系；對(duì)于大數(shù)據(jù)量的醫(yī)學(xué)圖像序列，在目前

2、條件下對(duì)其交互所需的硬件配置較高，一定程度上阻礙了該技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的普及應(yīng)用。
　　針對(duì)上述問題，本文提出了醫(yī)學(xué)圖像在普通微機(jī)進(jìn)行快速三維可視化交互的解決方案。文中圍繞醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化中增強(qiáng)三維模型真實(shí)感方法、三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)任意切面的定位與提取方法、醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的動(dòng)態(tài)分離方法以及大數(shù)據(jù)量醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)在普通微機(jī)的交互等技術(shù)進(jìn)行深入研究，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)硬件配置需求低、重建質(zhì)量較高、有著較好交互性的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)三維可視化分析平臺(tái)。具體研究?jī)?nèi)容如下

3、：
　　在提高成像質(zhì)量方面，文中在利用硬件紋理特性完成對(duì)可視化過程加速的同時(shí)，引入了對(duì)光照效果的模擬。為了避免光照時(shí)復(fù)雜的頂點(diǎn)向量計(jì)算，將光照模型進(jìn)行幾何分解，轉(zhuǎn)化為視線方向和光照方向的合成計(jì)算，并將該結(jié)果利用圖形硬件的幀緩存操作和混合計(jì)算來近似模擬。該方法在提高成像三維真實(shí)感的同時(shí)，也能在一定程度上保證交互速度，使得在普通微機(jī)上能實(shí)現(xiàn)更具真實(shí)感的交互可視化。
　　在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的三維交互方面，將可視化技術(shù)和切面提取方法相結(jié)合，

4、通過分析任意切面與三維醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的幾何關(guān)系，在完成體繪制的同時(shí)構(gòu)建出實(shí)時(shí)的三維數(shù)據(jù)的交互分析場(chǎng)景。利用虛擬交互設(shè)備和紋理映射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)剖切和切面間空間關(guān)系的展示，從而構(gòu)建了一個(gè)逼真的虛擬診斷場(chǎng)景。
　　在內(nèi)部信息動(dòng)態(tài)分離方面，從經(jīng)典的體繪制傳遞函數(shù)理論出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代圖形硬件的特點(diǎn)，推導(dǎo)出一種透視分離效果更好的傳遞函數(shù)模型。同時(shí)，在推導(dǎo)過程中提取出用于交互的參數(shù)接口，并用其實(shí)現(xiàn)了對(duì)可視化模型的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，在保證交互性的

5、同時(shí)，使得隱藏于數(shù)據(jù)間的組織得以更好地分離。
　　在大數(shù)據(jù)量醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)交互方面，根據(jù)普通微機(jī)吞吐量有限以及現(xiàn)代顯卡的特點(diǎn)，利用樹形結(jié)構(gòu)和紋理映射技術(shù)，在普通微機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)量體數(shù)據(jù)的多精度重建。依靠八叉樹結(jié)構(gòu)和顯卡的硬件加速功能，將體數(shù)據(jù)劃分為不同精度的數(shù)據(jù)塊，打破了大數(shù)據(jù)顯示時(shí)顯存與內(nèi)存間容量和帶寬的限制，通過交互策略動(dòng)態(tài)遍歷該樹，實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)量體數(shù)據(jù)快速交互。本方法可有效降低大數(shù)據(jù)量醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化對(duì)于硬件的需求，使得在較低配置