一种可扩展式三维医学可视化系统的设计与实现

　　1　引　　言

　　随着CT、MRI、US、PET、SPECT等技术在医学临床中成功应用,使得对人体进行无创检查以及诊断成为现实,可以使医生从二维截面方向对人体进行观察,得到人体及其内部器官的二维数字断层图像序列。

　　但在治疗应用中,仅通过二维断层图像上某些解剖部位进行简单的坐标叠加,不能给出准确的三维影像,从而可能造成病变(靶区)定位的失真与畸变。为了提高医疗诊断和治疗规划的准确性和科学性,需要由二维断层图像序列转变为具有直观和立体效果的三维图像,展现人体器官的三维结构与形态,从而提供用传统手段无法获得的解剖信息,并为进一步模拟操作提供视觉交互手段,医学可视化技术就是在这一背景下提出的。自90年代起,借助计算机处理和分析、计算机图形学、虚拟现实和计算机网络等技术的医学影像分析与处理一直是国内外的研究热点[1]。本文围绕三维医学数据场直接分割、绘制加速和绘制质量提升等方面,对医学可视化系统设计进行了研究,设计了一种可扩展式医学可视化系统,使之在普通PC机平台的基本配置上即可运行。

　　2系统的功能和特性

　　2.1　系统的可扩展性

　　虽然本系统所实现的是可视化流程中最主要的功能,但也考虑到了后续的应用研究。考虑到系统的可扩展性本文将可视化系统分为两个主要模块设计:

　　·绘制引擎(实现具体的绘制算法)

　　·支撑模块(包括用户界面、图像显示、体漫游、动画生成等功能模块)

　　当不同的绘制引擎提供统一标准的数据接口时,支撑模块就不需要重复开发,也就是说,虽然绘制方法不同,但对绘制出来的结果,系统所进行的可视化应用行为却是一致的。当出现新的应用,只需要开发相应的支撑模块,然后集成到系统中即可,如图1。

　　2.2　系统功能的框架结构

　　可视化系统由输入的CT、MRI等设备图像序列经预处理、分割后重建出三维表面模型,进而可以对重建的几何模型进行缩放、旋转等操作以及剖切、手术开窗等操作。

　　(1)图像的获取与输入

　　二维断层序列图像由物理设备(计算机断层扫描仪CT、核磁共振成像仪MRI等)生成,经介质传输或网络传输至系统作为原始图像序列。可视化系统读取该图像序列,经过处理断层间图像的配准、图像格式转换、图像归一化处理等,最后转换成与设备无关的文件或数组待以进一步处理。

　　(2)二维图像的预处理

　　由医学仪器获得的原始数据一般不能直接输入到可视化功能处理模块的,通常需要对其进行必要的变换预处理,故模块内容是后继处理的技术基础。利用图像处理的已有技术成果,根据医学图像的实际物理特征,可视化系统设计了一系列合理的变换预处理方法。