摘 要

本文完成了基于移动立方体算法的医学图像三维重建。通过读取DICOM格式医学图像文件，调用封装在VTK类库中的MarchingCubes算法在visual studio 2010平台完成了将二位图像序列转换为三维图像的任务，实现了重建后的交互操作。然后将该操作台程序嵌入MFC窗口程序完成该系统的封装，该系统的实现对辅助医学诊疗具有重要的指导意义。

论文主要研究了移动立方体算法原理分析、VTK实现三维可视化和MFC窗口程序设计。

研究结果表明：该系统对三维重建辅助医学诊断有着很好的效果。

本文的特色：将三维重建系统封装进了MFC窗口程序中。

关键词：MarchingCubes；VTK；MFC；三维重建

Abstract

This paper completes the three-dimensional reconstruction of medical images based on mobile cube algorithm.By reading the DICOM format medical image file, the MarchingCubes algorithm encapsulated in the VTK library is used to complete the task of converting the two-bit image sequence into three-dimensional image in the visual studio 2010 platform, and the interactive operation is realized after the reconstruction.And then the program is embedded in the MFC window program to complete the system package, the implementation of the system for secondary medical diagnosis and treatment has important guiding significance.

This paper mainly studies the principle of mobile cube algorithm, VTK realizes 3D visualization and MFC window program design.

The results show that the system has a good effect on the three - dimensional reconstruction of auxiliary medical diagnosis.

The characteristics of this article: the three-dimensional reconstruction system into the MFC window program.

Key Words：MarchingCubes；VTK；MFC；Three-dimensional reconstruction

目 录

第一章 绪 论 1

1.1课题的研究目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3论文的主要工作 2

第二章 医学图像三维重建系统功能分析及方案设计 4

2.1三维重建系统功能分析 4

2.2三维重建方案设计 4

第三章 可视化算法选取与分析 6

3.1三维可视化的两种方式 6

3.2 Marching Cubes算法 6

3.3 MC算法的伪代码 13

第四章 医学图像分析与读取和显示 14

4.1 DICOM格式医学图像文件结构解析 14

4.2 VTK开发包组成和框架结构 15

4.3 VTK的可视化管线 15

4.3.1 VTK的类及方法 15

4.3.2 VTK的可视化管线 16

4.4实验结果 17

第五章 MFC窗口设计 20

5.1 MFC概述 20

5.2 MFC 类库介绍 20

5.3 MFC窗口和运行结果 20

第六章 总 结 24

6.1本文主要工作 24

6.2本文研究的不足之处 24

参考文献 25

附 录 26

致 谢 28

第一章 绪 论

1.1课题的研究目的和意义

三维重建就是用计算机对输入进来的二维数据用特定算法进行处理后按某种数学模型模拟恢复出CT扫描机扫描的三维实体。

X射线又称伦琴射线,由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,自从X射线发现后,医学上就开始用它来探测人体疾病,1971年,英国研究所发明了CT机,使得x射线在医学图像上的应用产生了历史性的突破。

计算机断层成像(也即是CT)将躺在试验台上的病人通过圆形孔状的扫描机器后,可以获得人体某组织器官的各个方向的切片视图,这是二维视图,就是即将用于三维重建的图片集。

到目前为止,X射线断层扫描的在各个行业领域的应用都相当广泛,因为能替代它的产品不多,毕竟还没有能超越X射线在医学领域发挥的作用的例子,伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,分辨率也高,所以它在医学领域的地位显得功勋卓著,无可替代。

在临床医学上利用CT图像文件三维重建出实体模型实现可视化辅助医生诊断治疗开始变得常见。可视化,从字面上理解就是要看见三维实体模型,这个模型的建立就是用二维的CT图像作为数据集,经过计算机算法的处理转化就可以形成三维图像,然后在计算机屏幕上显示出来,这样就实现了可视化。这样医生就不必盯着二维的CT图像想象患者的病变部位,直接在计算机屏幕上经过旋转、切割等操作就能非常直观地看到患者体内的组织器官和病变部位,非常有效地辅助里医生的判断和对患者的治疗,提高了医学诊断结果的正确性与诊疗的质量,降低了误诊率。由于这种治疗方法效果显著,给医生带来了极大的帮助,三维重建可视化在医疗行业开始逐渐成为研究热点。

医学图像重建就是把在医学影像设备上获得的二维医学图像序列经过计算机封装算法的处理,在计算机上模拟出人体内部组织器官三维模型,把人身体内部看不见的组织器官的空间结构布置和物理形状经过获取二维切片再重建使之能够被显示在电脑屏幕上辅助医生诊疗判断,这在临床诊断中已经应用地十分广泛。在医疗诊断中主要有以下几种应用:

(1)辅助诊断、(2)仿真多角度扫描、(3)数字化解剖模型、(4)虚拟手术、(5)虚拟内窥镜、(6)制定手术规划、(7)放射治疗、(8)手术导航和实时监视。

除了这几个方面,医学影像的三维重构可视化技术在医学上的图像引导手术、微创手术等方面的辅助处理中成效显著。

因此,医学应用上对医学图像采用可视化技术进行三维重建的研究具有重要的现实应用。到目前为止,很多科研组织和研究所都在致力于研发这种对临床医学有着重要辅助作用的医学图像可视化系统。