仿真影像学综述

　　在近20年中,随着各种新的医学成像技术的临床应用,医学诊断和治疗技术取得了很大的进步.20世纪70~80年代分别出现的CT和MRI三维成像技术为真正的三维医学图像提供了数据源,奠定了定量诊断和治疗规划的基础.图像仿真影像学———一个新的医学影像分学科,采用计算机图形学与数据可视化、图像处理和分析、物理数学建模等技术,对三维数据信息进行重建、分析、融合、操作和显示,帮助医务人员进行定量分析、治疗计划和模拟,为现代医学提供全新的诊断治疗模式.

　　本文从技术的层面上对仿真影像学进行综述,主要涉及到数据可视化系统与方法,包括虚拟现实技术、三维图像显示方法、仿真成像系统的体系结构及产生逼真场景的一些显示技术.

　　1　虚拟现实技术(仿真技术)

　　虚拟现实(virtual reality,VR),又称仿真技术,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统.虚拟环境由计算机生成,通过视、听、触觉等作用于操作者,使其产生身临其境的感觉.设计和构成一个身临其境的虚拟现实系统,需要涉及计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术等技术领域,综合集成仿真、场景生成、人工智能、传感器、CAD(computer aided design计算机辅助设计)和多媒体等多种高新技术.构建虚拟现实系统需要以下硬件设备的支持:

　　1)跟踪系统　以确定参与者的头、手和身躯的位置;

　　2)触觉系统　提供力与压力的反馈;

　　3)音频系统　提供立体声源和判定空间位置;

　　4)图像生成和显示系统　产生视觉图像和立体显示;

　　5)高性能计算处理系统　具有高处理速度,大存储容量、强联网特性.

　　虚拟现实系统软件实现整个系统的几何、物理、行为仿真,建立物体之间及物体与周围环境之间的相互作用关系,正确描述物体的外形、尺寸、颜色、材质、系统光源等,生成具有真实感的场景.软件实时处理系统硬件设备获取的各种信息,并将它们表现成立体的虚拟世界.它提供一个可供交互的人机界面,使参与者能够实时处理三维虚拟空间中的各种动态反馈信息,从而达到人与场景的融合.

　　2　仿真影像学

　　CT,MRI等数字医学成像技术可以提供大量的医学解剖信息,它们输出几十至上百幅断层图像以表达三维数据.在目前的医疗诊断中,医生主要是通过观察一组断层图像去发现病灶和计划治疗方案,但仅凭医生“在头脑中进行重建”患者的三维组织结构难以准确地确定病灶的空间位置、大小、几何性质以及与周围生物组织之间的空间关系.临床实践迫切需要一种有效的技术从三维医学体数据中提取所蕴涵的信息,并将这些复杂的信息及其相互关系直观地显示给医生,帮助他们对病灶和周围组织进行全面准确的分析,设计精确的治疗计划,以提高诊治的准确性和有效性.