基于MC算法的医学图像三维重建的研究.pdf

基于MC算法的医学图像三维重建的研究.pdfiiThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofBiomedicalEngineeringRESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCHONONONONTHETHETHETHE3D3D3D3DRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONOFOFOFOFMEDICALMEDICALMEDICALMEDICALIMAGEIMAGEIMAGEIMAGEBASEDBASEDBASEDBASEDONONONONMCMCMCMCALGORITHMALGORITHMALGORITHMALGORITHMByYangYajingSupervisor:,China()andinpartbytheKeyProjectofNationalNaturalScienceFoundationofChina().河北工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容,也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:日期:关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定:学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务;学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流;学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:日期:导 师签名:日期:河北工业大学硕士学位论文ii基于MCMCMCMC算法的医学图像三维重建的研究摘要医学图像可视化是近年来一个研究热点问题,它的任务就是从一系列连续的二维图像中重建出三维图像。它能够为医生提供更清晰逼真的器官或组织的三维立体图像,辅助医生进行定性及定量分析,提高了医疗诊断的准确率。因此,对于医学图像三维重建算法的研究具有重要的意义。移动立方体(MarchingCubes,MC)算法是面绘制中的经典算法,它使用的中间几何图元的基本表达元素为三角面片。这种表达适用于医学体数据,并且MC算法本身比较简单有效且应用广泛,所以其对于面绘制的研究产生了深远的影响。但是MC算法本身也有一定的缺点。例如MC算法在生成等值面过程中会产生大量冗余三角形,同时在该过程中要遍历所有的立方体,这样就造成了算法执行效率低。本课题针对该问题进行了研究,主要从提高绘制速度和改善绘制效果两方面对标准MC算法进行改进。本课题尝试了两种方法提高重建速度。一种是采用基于二次误差测度的消减类,它可以在保证绘制效果的条件下,有效的减少生成的三角面片数量,提高重建速度。另一种方法是采用类似于区域增长法与MC算法相结合的快速MC算法。该方法是通过减少无用立方体访问来达到提高重建速度的目的。本课题采用了计算法向量、网格平滑和连通性技术对绘制效果进行改善,得到了真实可靠的组织重建模型。经过实验结果分析可知:采用基于二次误差测度的消减类可以在保证绘制效果的条件下,有效的减少生成的三角面片数量,提高了重建速度。快速MC算法由于减少了无用立方体的扫描,提高了重建速度。快速MC算法的绘制效果与标准MC基本相同,且去掉了与组织非连通的噪声。从数据量与重建时间的关系可以看到,数据量越大,所消耗的重建时间越多,快速MC算法的重建效率高于标准MC算法。采用计算法向量、网格平滑和连通性技术改善绘制效果,消除了标准MC算法生成的模型中存在的小面效应、阶梯效应和与组织非连通的噪声,得到了逼真的组织模型。关键词:移动立方体算法,三维重建技术,医学图像,可视化河北工业大学硕士学位论文RESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCHONONONONTHETHETHETHE3D3D3D3DRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONRECONSTRUCTIONOFOFOFOFMEDICALMEDICALMEDICALMEDICALIMAGEIMAGEIMAGEIMAGEBASEDBASEDBASEDBASEDONONONONM