三维医学图象可视化技术综述

概要地分析和评述了近年来三维医学图象可视化技术的发展,并主要从三维医学图象的分割标注、多模态医学图象的数据整合、体数据的绘制等3个角度对三维医学图象的可视化技术进行了分类综述,同时介绍了各种算法的原理和最新进展,由于医学图象可视化的目的是辅助医学了解生物内部组织的信息,因此除图象绘制技术外,组织及组织特性的精确自动分割标注技术,以及将不同图象模态提供的互补信息综合起来的匹配/融合技术外,都是医学图象可视化需要解决的重要问题,其中,多模态图象的可视化在三维医学图象可视化领域中最具有挑战性和发展前景。     

医学体数据三维可视化技术

医学体数据的可视化是科学计算可视化的重要研究领域,其处理过程包括体数据的获取、模型的建立、数据的映射、绘制等操作。论文对医学体数据可视化的相关技术进行了综述,讨论了医学体数据的结构模型和表示方法,全面地分析了医学体数据可视化中各种算法和技术的特点,及相关的加速技术,探讨了目前医学体数据可视化存在的问题及发展趋势。     

医学体数据三维可视化方法的分类与评价

医学图象三维可视化具有极大的医学研究和临床诊疗应用前景,是现代医学影象研究的重要领域。医学图象三维可视化方法通常分为表面绘制和体绘制,已有许多具体的算法提出,一些算法兼具表面绘制和体绘制的特点,归为混合绘制方法,该文概述了一些典型算法,并讨论了其特点及相互联系,同时对各类方法的应用场合及前景了分析和评价。     

体绘制源和反射-衰减模型

为解决医学图象三维可视化中三维体数据显示的问题,在综合了体绘制源－衰减模型和兰伯特漫反射余弦定律的基础上,提出了体绘制源和反射－衰减光照模型,新的模型假定三维标量数据场中的每一点都既是点光源,又能够反射外部入射光,并且反射光的分布遵循兰伯特漫反射余弦定律,由以上假定推导出体绘制的基本运算公式。实验结果表明,体绘制源和反射－衰减模型是一种性能优良的体光照模型,其用于医学断层图象三维可视化能够生成逼真     

交互式动态体绘制及其加速算法

体绘制三维成象法是一门新兴的3D采样数据场可视化技术，在医学成象和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于3D数据量大，其使用往往受到巨大计算开销的限制，因此很多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，并解决医学图象三维可视化中三维体数据显示速度与成象质量问题，因而提出了一种交互式动态体绘制算法，即从任意的视点距离和视线方向进行动态编制，并在分析其算法复杂度的基础上，提出一种新的加速算法，同时使得动态体绘制过程几乎达到实时的效果，经验证，这种算法比标准算法快4～5倍。     

基于VTK的肝脏组织三维可视化体绘制

医学体数据可视化在临床上已成为辅助诊断和辅助治疗的重要手段,其技术也成为近年来研究和应用的热点。其中讨论了体绘制算法中最常用的光线投射法,并利用Visualization Tool Kit（VTK）,一个包含了多种体绘制技术的基于面向对象方法设计的、功能强大的可视化类库,来实现断层医学图像的三维重建,重建效果表明基于VTK的体绘制技术具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点。     

医学图像可视化的视觉优化方法

由于受主观意识和经验等因素的影响,医学图像可视化中传递函数的选择和设置会直接影响医学图像可视化效果.为此,提出一种基于视觉优化的医学图像可视化方法.针对三维医学图像绘制,采用基于GPU加速的光线投射体绘制半自动化传递函数,解决了三维图像全局和焦点上下文的优化显示问题;针对二维图像呈现,借助直方图均衡化、图像融合和全变分模型3种图像增强算法,解决了二维医学图像噪声干扰、对比度模糊和边缘丢失等问题.通过与传统方法的实验对比,三维医学图像在绘制时间和绘制效果方面均有改善;引入图像质量评估指标峰值信噪比和平均结构相似性,验证了全变分模型在二维医学图像增强中的有效性.结合视觉优化方法设计开发了医学图像可视化交互系统,包含对医学数据的三维可视化和交互分析功能,有效地拓展算法的应用性.     

基于VTK的医学图像可视化三维重建

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点,具有重要的学术意义和应用价值.体绘制是该技术的一个主要的方法.在VTK(Visualization Toolkit)类库提供可视化与显示功能的基础上,主要讨论了光线投射算法进行体数据的绘制的特点,同时采用了包围盒技术改善了光线投射算法的绘制速度.实验结果表明,图像的质量在没有受到影响的前提下,图像的绘制速度得到了大幅度的提高,同时证明了VTK是医学三维数据场可视化的有力工具.     

三维体可视化若干问题研究

首先对可视化技术特别是三维可视化算法进行了分析和对比，并根据体数据的建模方法对算法进行了归类，并指出了目前三维可视化技术存在的问题，继而从基于小波的分辨率模型的体绘制算法和基于Cluster模型的并行体绘制算法这两个方面具体探讨了对三维体可视化算法进一步研究的思路，首次提出了参数化的光照模型和图像质量评价的数学模型等概念。     

医学体数据三维可视化改进算法综述

医学体数据三维可视化技术有着广泛的应用前景。近年来为加快绘制速度，提高成像质量和节省存储空间提出了许多改进算法，本文总结了这些算法，为进一步研究奠定了基础。     

光线投射算法中重采样的设计和实现

体绘制技术在医学成像和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于其巨大的计算开销，限制了其实时动态体绘制的应用，因此许多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，为了提高体绘制速度。分析了三维规则数据场重采样的原理。光线投射算法中对3D数据场重采样的实现方法；根据具体重建对象，提出了在3D数据场重采样中采用球形包围盒的方法，给出了人体头部和眼球的三维可视化结果，实验表明：这种算法能有效地减少重采样的计算量，并使求交计算更加简单。     

基于区域竞争分割结果的体绘制研究

在开发医学图像处理系统时,采用区域竞争模型分割产生的图像只反映图像的轮廓及位置信息,不包含内部的图像信息,所以只能直接进行面绘制.据此,提出了基于区域竞争模型分割结果的体绘制算法.算法根据分割结果中的轮廓信息,对原始医学图像进行数值转换,使目标图像中既包含内部l冬I像信息又包含轮廓边界信息,最后利用转换后的数据对肝脏进行体绘制.实验结果表明本算法有效可行,而且有很高的实用性.     

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统，该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制，利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改，采用OpenGL技术实现表面的绘制，并基于场景图结构实现时表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现，运用OpenGL的融合机制，系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度，有效地保留了面绘制和体绘制的优势，在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。     

基于PC的医学图像体绘制方法研究与仿真

体绘制技术是一种能够准确反映体数据内部信息的可视化技术。本文主要介绍了一种改进的体绘制算法，即首先对三维医学图像施加模糊增强，然后对增强后的图像进行模糊阈值分割，从而可以清晰地对三维数据场进行分类，即边界区与非边界区。对边界区与非边界区分别进行绘制。在PC机上进行仿真的结果表明，此方法既能提高绘制的速度，又能保证绘制质量。     

并行分布式体绘制算法的设计

体绘制是一种需要大量计算资源和内存资源的可视化任务，本文提出一种并行分布式体绘制算法，对绘制任务进行适当剖分，使用连网的工作站进行计算，有效地加快了图形绘制速度。     

Visual computing for medical diagnosis and treatment

Diagnostic algorithms and efficient visualization techniques are of major importance for preoperative decisions, intra-operative imaging and image-guided surgery. Complex diagnostic decisions are characterized by a high information flow and fast decisions, requiring efficient and intuitive presentation of complex medical data and precision in the visualization. For intra-operative medical treatment, the pre-operative visualization results of the diagnostic systems have to be transferred to the patient on the operation room table. Via augmented reality, additional information of the hidden regions can be displayed virtually. This state-of-the-art report summarizes visual computing algorithms for medical diagnosis and treatment. After starting with direct volume rendering and tagged volume rendering as general techniques for visualizing anatomical structures, we go into more detail by focusing on the visualization of tissue and vessel structures. Afterwards, algorithms and techniques that are used for medical treatment in the context of image-guided surgery, intra-operative imaging and augmented reality are discussed and reviewed.     

A high-speed integrated renderer for interpreting multiple 3D volume data

This paper proposes an integrated rendering algorithm for visualizing 3D volumetric and geometric data, such as surfaces, lines and points, simultaneously with depth information, and other algorithms for improving the performance of the rendering process of the first. The first algorithm extends a volume rendering algorithm based on ray-tracing so that it can handle both 3D volumetric and geometric data. It processes these data in accordance with their original representation formats to eliminate conversion artefacts such as spurious or missing surfaces, and also gives special treatment to volume segments so as to avoid errors in visibility at the intersections between volume segments and geometric data. The other algorithms employ adaptive termination of ray-tracing, elimination of rays that do not intersect the volume, and adaptive undersampling over an image plane. These improve the performance by three to seven times over the brute-force approach. The cost and versatility of the algorithm are evaluated by using data from the results of 3D computational fluid dynamics.