1 绪论
1.1 课题研究背景，目的及意义
1.1.1课题研究背景
自从七十年代，X 射线被伦琴发现以来，医学迅速地发展。在这之后的一百多年里，很多成像技术如计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正电子发射型计算机断层显像(PET)、超声(US)等相继而出，利用这些技术能够得到人体内部组织器官的二维切片序列图像，提高了医学诊断水平，在医学研究中起到重要的辅助作用。医学图像三维重建技术是当前医学图像处理的研究热点，也是医学影像处理系统中的重要组成部分，它利用一组二维图像序列，结合计算机对人体器官、组织或病灶进行三维重建，确定病灶的大小、空间位置、几何形状以及其与周围组织之间的空间关系，从而提高诊治的准确性和有效性。
1.1.2课题研究目的
1. 在IDLDE 平台下利用三维重建技术对一组DICOM 二维图像序列进行构建，构造出组织或器官的三维模型，然后将三维模型显示在屏幕上，便于观察和分析。使得临床医生对人体内部组织和病变部位的三维结构观察得更直接、更清晰，更准确，还可以根据不同的诊断需要对图像中的细节进行强化，从而使医生做出准确的诊断变得更加容易。2. 国内医学图像的研究人员在研究和开发过程中仍使用传统的C、C++、Matlab等语言，而国外医学图像研究人员已经将IDL 用于医学图像的科研，从而可以将精力集中于算法、建模等较为核心的问题上。通过本论文能够给国内同行们提供思考选择空间，能够学习使用IDL，以提高我们在医学图像处理和分析领域内的科研水平。
1.2 国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
自从七十年代以来，医学图像三维重建技术的研究在国外就已经开始了，经过十几年，这种技术发展迅速。在发达国家中，该领域得到了相当的重视，发达国家不惜花费巨资对这一领域进行研究，这一技术的实现大多数是居于工作站的或是采用专用的硬件设备。在国外，由于他们在医学图像三维重建方面的研究起步较早，因此他们取得的成就更为显著。主要表现有：在体数据三维重建方面：1994 年，美国的Stanford 大学提出了ShearWarp 算法。在对软件进行加速的研究中，采用该算法对体绘制进行加速是其中一个非常重要的工作。这个工作所取得的进展是对中等规模的分辨率为256*256*256 的体数据进行体绘制，其绘制速度约为1 帧/秒。奥地利Vienna 大学经过三年的努力开发出了三维重建系统。在2000 年，他们将直接体绘制与利用最大密度投影算法的体绘制两类绘制模型进行融合并采用两层体绘制模型进行重建，得到了非常好的绘制效果。在2001 年，一个交互式的三维重建系统圆满完成了。
2 图像数据格式
2.1 数据来源及特点
目前大多数医学影像设备所生成的数据格式为DICOM 图像格式，它们来源于计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、正电子发射型计算机断层显像(PET)、超声(US)等。然而不同的设备所产生的数据参数也就不同，对这些数据进行了解可以指导医学图像三维重建工作的进行。1. CTCT 是用一束X 射线对人体进行的扫描，其图像反映的是人体不同组织对X 射线的吸收程度和透过率，越高的灰度值，表示吸收的X 射线越多，越低的灰度值，表示吸收的X 射线越少。CT 的分辨能力很高，检测范围也很广泛：脑梗塞、脑出血、骨折、肺结核等。2. MRIMRI 采用的是生物磁自旋成像技术，具有原子核自旋运动的特点，利用这个特点并在外加磁场内，经过射频脉冲冲击，产生信号，再用探测器对信号进行检测，将信号输入到计算机中并进行处理和转换，最后将图像显示在屏幕上。MRI 提供丰富的信息，可以直接得出横断面、冠状面和矢状面等各种斜面的断层图像，并且不会产生CT 检测中所出现的伪影，因此，它在疾病的诊断中具有较大的优越性。MRI 对颅脑常见疾病的检测非常有效，如脑肿瘤、脑血肿、动静脉血管畸形等。MRI 的空间分辨率不如CT，价格较为昂贵。
2.2 DICOM 标准概述
医学数字图像存储与通信标准DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)，是由美国放射学会ACR(American College of Radiology)和美国电器制造商协会NEMA(national electrical manufactures association) 在1983 年组成的联合委员会发起制定的一个公共的医疗数字影像及传输标准。开发此标准的目的有以下几点：1. 由于许多医疗设备生产厂商研制的医学影像设备所制定的图像格式各不相同，为了实现在不同厂商的设备之间进行图像数据的交换及其相关信息的通信。2. 为医学影像归档与通信系统(PACS)提供了便利，同时有利于通信系统和医院信息系统(HIS)及放射科信息系统(RIS)进行接口。3. 为对诊断数据库进行更方便地查询提供了可能。DICOM3.0 标准与以前的版本相比有以下几个特点：1. DICOM3.0 可以应用网络环境，支持开放式系统互联协议OSI 和通讯协议TCP/IP；2. 详述了对命令和交换资料的标准响应；3. 精确描述了生产厂商对兼容性进行结构化的声明；4. 采用多部分文档，有利于对新的特性进行增加，便于升级；5. 对图形、图像、对患者的医学分析和报告等信息对象进行了引入；
1 绪论........................................................................... 2
1.1 课题研究背景，目的及意义.................................................. 2
1.2 国内外研究现状........................................................ 3
1.3 医学图像三维重建的应用....................................... 6
1.4 论文主要研究内容................................................. 7
2 图像数据格式.......................................................................... 8
2.1 数据来源及特点.................................................. 8
2.2 DICOM 标准概述................................................. 9
2.3 DICOM 标准主要内容和结构.......................................... 10
2.3.1DICOM 标准主要内容.................................... 10
结 论
本文主要工作有：1. 学习并研究了开发工具IDL，包括IDL 的特点和编程机制等，并利用IDL 对面绘制和体绘制的经典算法进行实现，给出了实验结果。2. 深入分析并研究了三维重建的经典算法。三维重建主要分为面绘制和体绘制，在面绘制中，重点研究了Marching cube 算法和PolyPaint 算法并对其空洞问题进行了分析；在体绘制中重点研究了光线投射算法。最后结合IDL 编程实现了面绘制和体绘制。3. 对比并分析了三维重建后的结果，主要有使用两种系统对同一数据进行面绘制，使用同种系统对不同数据进行面绘制，利用IDL 对不同数据进行体绘制，利用IDL 进行面绘制和体绘制的效果与利用VTK 进行绘制的效果对比。4. 为更好的适应临床诊断的需要，本文在三维重建的基础上，研究并实现了三维重建图像的切割。本文主要讨论的切割方法有多平面切割和任意平面切割。医生可以根据自己的需要，对不同的切割位置和方式进行选择，为多角度、多层次的获取信息提供方便，可以更好的辅助诊断。利用IDL 对重建图像的切割操作简单，效果较好，可以观察到较为清晰的切割面。尽管本文在医学图像三维重建的研究和实现方面取得了一些成果，但是其实现的功能还是非常有限的，而且，医学图像三维重建的相关应用领域是一个非常重要的研究领域，我们对其的研究范围还非常狭窄。
参 考 文 献
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