基于Marching Cubes与Ray Casting的医学图像三维重建

本文研究了医学图像三维面绘制和体绘制的典型算法 Marching Cube 和 Ray Casting 的原理和三维可视化工具包VTK的实现机制,在VC 6.0平台下,利用VTK分别实现了基于上述算法的DICOM格式的CT序列图像三维重建,并给出了关键算法和3D可视化结果.     

Delaunay三角剖分在放射治疗计划轮廓线重建中的应用

靶器官与关键器官二维轮廓线序列的三维重建,是三维放射治疗计划系统（3 dimension therapy planning system,3D-TPS）的重要组成部分,它能帮助计划者以任意视角获取病人内部组织和病变体的大小、位置、形状等三维空间信息.本文在回顾3D Delaunay三角剖分的定义、性质和基本算法的基础上,运用可视化类库Visualization Toolkit（VTK）中封装的3D Delaunay类,编程实现了脊柱和肿瘤二维轮廓线序列的三维重建.结果表明,Delaunay三角剖分方法具有稳定、耗时少、内存占用量小等优点,对轮廓线点集的数据三维分布没有特殊限制等优点.     

烧结机火焰图像的小波去噪及亮度特征分析

烧结机尾矿料断面火焰图像中蕴含着大量的与烧结终点关联的信息,但图像中含有的噪声及光晕干扰影响了对图像信息的利用,为此采用多尺度小波阈值方法分别对火焰断面图像和图像亮度变化曲线进行去噪处理。首先,连续采集机尾烧结矿料断面火焰视频并转化为1 522帧序列图像;其次,采用多尺度小波阈值分解方法提取火焰目标图像的小波系数,对图像进行去噪、分割处理;再次,提取滤波后的火焰图像亮度特征,得到火焰序列图像的连续亮度变化曲线,并通过计算不同区间序列亮度曲线下的积分面积对火焰燃烧状态进行分析;最后,对火焰图像亮度曲线再次进行小波分解、系数提取及信号重构,获得平滑的火焰亮度特征变化曲线。     

用IDL实现基于CT图像的三维表面重建

利用计算机断层(CT)图像进行人体组织三维重建,在医学、人体科学等领域拥有非常广阔的应用前景.IDL是近年来被广泛应用于医学图像处理的交互式数据语言.本文结合一组CT图像,介绍了一种用IDL语言实现CT图像形态学边缘检测、轮廓提取和三维表面重建的方法.并采用IDL中事件驱动的程序结构,设计了三维可视化程序.     

基于STK的深空背景点目标红外序列图像生成方法

针对空间目标天基探测仿真系统需求,提出了一种基于STK＋MATLAB 的深空背景点目标红外序列图像生成方法。点目标表面温度计算采用了比以往节点网络法计算更高效的等温简化模型以提高仿真效率;深空背景模型采用了比以往LRS（低分辨率光谱仪）模型更完备的MSX（中段空间实验卫星）红外星表的建模方法,扩展了探测系统仿真应用领域;建立了以电子数表征的目标背景照度和图像灰度转换模型。图像仿真过程中加入了卫星扰动误差、相机测量误差和焦面电子学噪声,仿真生成的图像序列更接近真实物理过程。该仿真方法可以模拟任意时刻,任意指向和任意光学视场的4-26μm的点目标红外图像序列,图像生成实时性好,仿真结果更接近真实物理过程。文章最后给出了某空间目标的红外序列图像仿真实例。     

一种基于隐马尔可夫模型的虹膜识别方法

提出了一种基于奇异值分解和隐马尔可夫模型的虹膜识别方法。首先该方法将虹膜准确定位,并采用奇异值分解抽取虹膜图像特征作为观察序列,基于多观测值序列的隐马尔可夫模型算法进行虹膜图像的识别。实验中用VISUAL C＋＋6．0建立了虹膜训练和识别系统,实验数据为CASIA虹膜库中的图像,识别率均达到94％以上。理论分析及实验结果表明：本算法基本满足虹膜识别的稳定可靠、精度高等要求,并且对图像噪声有较强的鲁棒性。     

基于BP网络的唇裂可视化分析

文章提出一种自适应参数调整方法,对BP算法的修正能有效地回避局部极小点,加速训练过程,增加网络在模式识别应用中的推广能力.通过应用改进的BP算法,结合可视化软件VTK;采用ViBual C 编写质点弹簧模型程序,并将其加载到唇裂VTK可视化模型中,初步建立了适用于唇裂虚拟手术和术后面型预测的计算机仿真模型,并开发出一套行之有效的建模方法.     

全局最优混合活动轮廓模型肺组织三维重构

医学图像三维重构是一种重要的计算机辅助可视化技术,对医学诊断和辅助治疗具有重要影响。在胸腔CT图像中,肺部组织密度远小于胸腔壁、骨骼等外围组织。因此,在对肺组织进行三维建模的过程中,肺部易被外围组织遮挡,严重影响其三维观测和定量分析。提出了一种针对胸腔CT序列肺部组织的非遮挡三维重构方法。首先提出一种全局最优的混合活动轮廓模型准确分割连续胸腔CT图像中的肺部组织,然后采用基于错切变形的最大密度投影体绘制实现肺部三维模型重构。通过对30例患者CT数据进行实验,结果表明所提出的混合活动轮廓模型可实现准确的肺部组织分割。平均Dice相似性系数为0.983,平均双向Hausdorff距离为6.1 mm,每个病例的平均分割效率为4.5 min。采用错切变形体绘制重构后可获得无遮挡的肺部三维模型。     

基于等值面构造的CT图像三维重构

现代医学图像与计算机技术的发展以及它们之间的相互融合,使得基于CT的快速成型制造和三维可视化医学辅助系统的设计与开发成为现实.针对医学CT图像三维重建的关键技术,分析并利用等值面构造法进行CT图像的三维构造.分析了标准MC算法计算量大且不易实现的不足,并把SMC(special MC)算法应用到医用螺旋CT图像上进行三维重建.对两种算法进行了实例验证与比较.     

体绘制技术在剂量三维可视化中的应用

本文基于光线投射方法的体绘制三维可视化用技术,在光线投射采样过程中,对阻光度分别基于CT值自动分类和手动自定义分类,基于感兴趣区进行自定义分类,对颜色值分量分别基于剂量值进行自动分类,基于处方剂量进行自定义分类.这些分类方式及不同组合,使医生可以根据临床需要对阻光度及颜色进行定义,从而使得剂量分布可以基于需要进行三维可视化显示,从而使医生能更直观地判断相关组织的剂量分布情况.此外,由于基于光线投射理论的体绘制技术无需构造中间几何图元,使得基于患者CT图像体数据的三维可视化细节更加清晰.     

基于快速三维主成分分析的肺CT图像检测

为解决基于二维图像处理的计算机辅助诊疗系统(CAD)仅考虑每幅图像自身包含的信息而忽略不同扫描层之间的联系,以及数据处理过程中的海量计算问题,提出一种新的基于快速三维主成分分析(3D PCA)的有效肺CT病灶检测算法。该算法首先引入高维张量奇异值分解(HOSVD)设计3D PCA;然后以提取出的三维空间特征点为种子点,进行区域增长以获取完整的疑似病灶区域;最后,根据医学图像具体特征,设计了一种HOSVD的简化分解算法。对来自吉林省肿瘤医院的10个典型病例的五百余幅临床CT图像进行了实验,并将实验结果与当前同类算法做了比较。结果表明,检测精确度提高了约10%~21%;另外,快速算法与原算法比较,计算复杂度可降低约1/3。由于快速3D PCA可以挖掘更多存在于不同连续扫描层间的有用信息,更精准提取病灶特征,在一定程度上提高了检测率。     

计算机断层成像法预测在役车轮的疲劳寿命

弯曲疲劳寿命是车轮重要的性能指标,目前其预测方法只适用于车轮的设计模型,没有考虑车轮的磨损、变形、损伤等的影响,不能应用于在役车轮。首先用工业计算机断层成像技术对在役车轮进行扫描,得到其切片图像;在运用高斯滤波函数对切片图像预处理后,采用移动立方体方法重建三维表面;接着运用顶点删除法和Laplacian算法简化和平滑三维表面;将三维表面模型导入UG进行处理得到三维CAD模型;最后借助于有限元方法,通过模拟在役车轮工况,建立边界条件,得到在役车轮的应力分布,并运用名义应力法预测在役车轮的疲劳寿命。结果表明根据工业CT数据可以快速并精确地重建在役车轮的三维CAD模型,确定其危险部位,实现疲劳寿命预测。     

Contour-based algorithms for generating 3D CAD models from medical images

This paper concerns contour-based algorithms for generating a 3D CAD model from medical images. The 3D model generated by contour-based algorithms can be used to generate CAM data for fabrication where the accuracy is of most concern. The overall procedure includes: (1) contour data extraction from medical images, (2) smoothing of the extracted contours, and (3) creation of a surface model from contours. For this, various methods should be applied to generate a high-quality surface model. The main contribution of this paper is to propose a new contour smoothing method, called bi-directional smoothing. The basic idea behind the proposed bi-directional smoothing method is to refine contours along both (u, v) parametric directions. Compared to conventional smoothing methods, the recontouring that comprises the first part of the method can prevent the shape of a contour from shrinking with a large number of iterations. Along with recontouring, a vertical connectivity estimation and a vertical smoothing method are also proposed. The overall procedure for this approach is demonstrated with an application example using CT images of a femur.     

基于SolidWorks二次开发的变量化三维建模方法

用三维设计软件Solid Works进行产品设计开发过程中,为了实现设计意义上的变量化绘图和系列化设计,有必要对Solid Works进行本地化的二次开发.介绍了Solid Works的应用程序接口（application programminginterface,API）函数的使用方法,并结合门式起重机端梁的开发实例,阐述了利用Visual C＋＋编程环境对Solid-Works进行二次开发,根据产品设计计算的参数动态地改变模型零件尺寸,实现产品变量化设计、三维建模绘图的思想和方法.本方法中Solid Works与VC＋＋相结合,减少了编程工作量,能够有效提高产品的设计开发效率,对于开发系列化产品设计软件具有重要参考价值.     

Extraction of yarn positional information from three-dimensional CT image of textile fabric using a yarn model for its structure analysis

This paper proposes a novel method for analyzing a textile fabric structure to extract positional information regarding each yarn using three-dimensional X-ray computed tomography (3D CT) image. Positional relationship among the yarns can be reconstructed using the extracted yarn positional information. In this paper, a sequence of points on the center line of each yarn of the sample is defined as the yarn positional information, since the sequence can be regarded as the representative position of the yarn. The sequence is extracted by tracing the yarn. The yarn is traced by estimating the yarn center and direction and correlating the yarn part of the 3D CT image with a 3D yarn model, which is moved along the estimated yarn direction. The trajectory of the center of the yarn model corresponds to the positional information of the yarn. The application of the proposed method is shown by experimentally applying the proposed method to a 3D CT image of a double-layered woven fabric. Furthermore, the experimental results for a plain knitted fabric show that this method can be applied to even knitted fabrics.     

激光等离子体三维重建迭代方法研究

利用CT技术,采用乘代数重建法(MART)和加代数重建法(ART),编制出三维图像重建程序CT3D,通过对“星光Ⅱ”装置的激光等离子体进行X光针孔成像的五个方位,对三维重建问题进行数值模拟,计算结果表明MART比ART的重建精度高,能满足诊断误差δI/I小于10%的要求。     

短裂纹模拟及其CT仿真投影获取方法研究

短裂纹尺寸一般都在几个微米到几十个微米之间,已低于目前工业CT的最小分辨率,无法被检测出来。基于CT仿真系统,利用结构实体几何模型,设计了一种短裂纹的模拟方法以及其仿真投影数据的获取方法。首先仿真高于实际尺寸数倍的短裂纹群,以达到CT仿真系统的扫描精度,扫描获取该短裂纹群的CT投影数据;之后把该图像数据利用像素合并法缩小到实际尺寸,然后把缩小的CT图像合并,此时便得到了实际尺寸的短裂纹群CT仿真投影图像。利用该结果可以进行下一步的CT重建和疲劳寿命分析等方面的研究。试验证明该方法能得到较为真实的短裂纹群CT投影数据。     

Image reconstruction from sparse data in synchrotron-radiation-based microtomography

Synchrotron-radiation-based microcomputed-tomography (SR-μCT) is a powerful tool for yielding 3D structural information of high spatial and contrast resolution about a specimen preserved in its natural state. A large number of projection views are required currently for yielding SR-μCT images by use of existing algorithms without significant artifacts. When a wet biological specimen is imaged, synchrotron x-ray radiation from a large number of projection views can result in significant structural deformation within the specimen. A possible approach to reducing imaging time and specimen deformation is to decrease the number of projection views. In the work, using reconstruction algorithms developed recently for medical computed tomography (CT), we investigate and demonstrate image reconstruction from sparse-view data acquired in SR-μCT. Numerical results of our study suggest that images of practical value can be obtained from data acquired at a number of projection views significantly lower than those used currently in a typical SR-μCT imaging experiment.     

电容层析成像三维成像算法研究与软件设计

为了研究循环流化床中气体 -固体的分布规律 ,基于电容层析成像得到的二维断面浓度分布 ,利用一种线性差值算法 ,构建固体颗粒的三维浓度分布。三维图像的显示采用 C 语言和 Open GL系统完成 ,并将该算法用于循环流化床中 ,结果清楚地显示了气泡的发展变化过程。