ct图像处理及三维重建的综述.ppt

《ct图像处理及三维重建的综述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ct图像处理及三维重建的综述.ppt（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、CT图像处理及三维重建技术,最好的沉淀,1.问题的提出及其研究意义 2.国内外的研究现状 3.图像处理基本理论及方法 4. 三维重建基本理论及方法 5.参考文献,1.问题的提出及其研究意义 随着医学数字成像技术的飞速发展及其在临床诊断中 的广泛应用，先进的医学断层仪器，如计算机断层扫描 等医学成像设备采集人体器官1、骨骼2、关节3等部位 的影像数据为医学研究与诊断提供高质量的二维断层图像 信息，同时也为反求工程在医学上的应用提供了良好的条 件。同时ct技术也已经广泛应用于建筑学，混凝土中的 破损机理的分析，实现了混凝土技术的三维重建4；人们 也利用ct采集无损原木的切片图像，实现图片重建，这对

2、 无损检测具有重要意义5；在工业上，利用三维重建技 术，实现ct图像的可视化研究，提高无损检测准确性6。,图1 切牙牙断层线框图、曲面模型和实体模型（从左到右）,图2 曲面模型图,图3 实体图,图4 重构的原木图像,图5飞机叶片照相图和三维重建图像,2.国内外研究现状 国外已经有医学断层图像反求的商业化系统，在基于 断层扫描数据设计人工骨骼方面己经有一些成功的应用。 加拿大的Allegro系统是一个独立于设备的系统，它能根 据用户需要，与不同厂家的cT扫描设备或MRI设备连接7。 以色列Elscint公司和美国通用电器公司生产的螺旋CT扫 描设备则配有基于图形工作站的医学图像可视化系统，诊 断

3、和治疗提供非常方便可靠的手段，但是这些统非常昂贵 目前逆向工程在医学应用方面的相关软件较多，如 MIMIcs，Geomagie，Imageware，Rapidform，surfaee 等，但在医学上的实际应用程度与医学数据的兼容性存在,很大差异，其中较有代表性的是比利时Mater1alise公司 的MIMIcs软件8-11，它是交互式医学图像控制系统的简 称，其相对而言较成熟、应用功能较多。 我国浙江大学反求工程CAD实验室是国内进行反求工程 研究比较早的单位之一,在CT复原三维模型方面开展了大 量的工作，推出了RE一SOFT软件系统，解决了该软件和他 CAD软件的数据转换问题。上海交通大学逆

4、向工程在医学 上的应用起步较早，与临床结合好，己取得很多实际成 果，如开发了与Mimics功能相近的Quickform软12 ，并 应用于临床，取得很大的成功，在国内影响很大，同时它 在医学假体CAD/CAM等领域取得较大成果。以CAD/CAM为基,基础的定做式人工髓关节也己经应用到医疗实践中13。清 华大学激光快速成型中心可以进行ct反求方面的工作。14,3.图形处理基本理论及方法 要实现CT断层图像的三维重建，首先要对二维CT图像处 理，提高图片质量。由于医学cT图像本身就是一种数字图 像，数字图像处理的基本理论及方法也适用于CT图像。本 章系统地介绍了第四章医学图像处理及三维重建软件开发

5、 中所运用到的图像预处理、灰度图像二值化、图像增强、 图像分割等基本理论及相关的算法。,3.1灰度图像二值化 灰度图像二值化的目的是对图像进行分割，对于CT图像 的分割，主要是骨组织和软组织的分割，而二者的灰度值 相差很大，所以可以采用阈值分割法将其分离出来。具体 的方法就是根据灰度图像的分布，选定一个灰度值作为标 准值，然后将图像矩阵中每像素的灰度值与标准阈值比 较，这样就将一幅灰度图像转化为一幅黑白二值图像，实 现关节软组织和骨主体边界轮廓的清晰区分实现图像分割,3.2中值滤波 CT图像的形成中会引入不同的噪音，为了确保图像的质 量，需要去除噪音，中值滤波能够有效地去除尖峰信号， 削平振动

6、噪音，而对阶梯或陡然下降信号却能很好地保 留，因此它既能有效地抑制噪音，又能很好地保留有效信 号。另外，中值滤波不需要做乘除运算，处理速度也较 高，因此非常适合于CT图像的平滑和去噪处理。中值滤波 是抑制噪音的一种非线性的信号处理。,3.3图像的平滑与锐化 在图像数据的获取过程中，各电子器件的随机扰动不可 避免地会带来噪音，造成图像质量的退化、降低。为确保 图像质量，需对图像进行预处理，以去除噪音。噪音去除 的方法很多，但一般采用不同的滤波方式借助模板结合邻 域操作来完成，根据滤波功能又可分为平滑(低通滤波)和 锐化(高通滤波)。平滑的目的是模糊，在提取较大目标前 去除太小的细节或将目标内的小

7、间断连接起来，并消除噪 音;锐化的目的是增强被模糊的细节。,3.4图像的边缘检测与增强 边缘是指图像局部强度变化最显著的部分。使图像的 轮廓更加突出的图像处理法叫做边缘检测和边缘增强。边 缘增强是一种重要的区域处理。在对图像进行特征提之 前，一般都需要先进行边缘检测，然后再进行二值化处理 边缘增强将突出图像的缘，边缘以外图像区域通常将被削 弱甚至被完全去掉。处理后边界的亮度与原图中边周围的 亮度变化率成正比。所有边缘增强方法都削弱了图像的低 频部分，处理后图像亮度保持不变，像素值变化缓慢的区 域变黑，而像素变化剧烈的区域被突出。,4.三维重建基本理论及方法 由一系列二维CT断层图像上的轮廓线重

8、构三维形体， 即医学图像的三维重建实质上个三维数据的生成及显示的 可视化问题。三维重建技术能充分利用CT、MR工等医学图 像数据。 医学图象的三维重建就是根据输入的断层图象序列， 经分割和提取后，构建出待建组织的三维几何表达，这种 三维几何表达的模型最常用的就是表面模型。表面模型一 般以平面片特别是三角面片来逼近表示，对于封闭的表 面，构成一多面体，这时也称多面体模型。医学图像三维 重建的方法主要有面绘制和体绘制两类。,面绘制方法是基于二维图像边缘或轮廓线提取，通过 几何单元拼接拟合物体表面来描述物体三维结构的，称为 基于表面的三维面绘制方法，又称为间接绘制方法。 体绘制方法则是直接应用视觉原

9、理，将体素投影到显 示平面的方法，称为基于体数据的体绘制方法，又称为直 接绘制方法。,5.参考文献 l张建华, 甘新莲等.多层螺旋CT 三维重建技术在孤立 性肺结节的临床应用价值J.中国医学影像技术，2004， 20（12）：1907-1910 2张玉兰 郑晓林等.多层螺旋CT后处理技术在下颌骨骨 折中的应用J.中国CT 和MRI 杂志，2010，8（3）：51- 53 3王胜林.多层螺旋CT三维重建在髋关节疾病及人工关节 置换中的临床应用J.中国组织工程研究与临床康复， 2008，12（26）：5113-5116 4田威，党发宁等.混凝土CT 图像的3 维重建技术J. 四川大学学报， 201

10、0，42（6）：12-16,5陈雷，杨丽娟等.原木CT 图像的三维重建J. 国外电 子元器件， 2008，（9）：77-79 6曾理，安贝贝等.工业CT图像中小间隙裂纹的亚像素测 量方法J. 计算机工程与应用， 2010，46（30）：230- 236 7 Nieolas J.Dusaussay，Robert N.Yaneey et al. Image Proeessing for CT一Assiste Reverse Engineering and PartCharaeterizationJ.IEEE， vol.4，no.2，2002. 8鲍春雨 ，刘晋浩等.基于CT图像人体脊柱腰椎节 段逆

11、向工程研究J.机械设计，2008，25（9）：16- 18,9李健,杨冬茹等. CT扫描结合Mimics三维成像软件对上 颌第二磨牙的三维重建J.现代口腔医学杂志，2008，22 （5）：550-553 10徐亮,周家镇等. MimicsV1010软件STL模块与FEA模块 在医学三维重建中的关系J.中国现代药物应用，2008，2 （6）：17-18 11谢宏刚, 徐亮等.对Mimics V10. 0 软件三种三维重 建方法的研究J.西部医学，2008，20（5）：1089-1091 12 金刚，李德华，李泽宇.三维激光彩色扫描仪中物体 表面色彩信息获取J.华中理工大学学报，1999，7. 1

12、3 刘非，李涤尘等.基于反求工程的个体匹配化骨骼制 造方法的研究J.西安交通大学学报，2002，9(36).,14Alessandro Sarti，Roberto Gori，Claudio Lamberti. A Physieally based model to Simulate maxillo faeial surgery from 3D CT images J. Future Generation Computer Systems，1999，15. 15赵惠军, 王波.基于MRI的盆底组织结构三维重建J. 第四军医大学学报，2008,29（14）：1317-1318. 16巩磊，傅戈雁.

13、快速成型与逆向工程技术及其在医学 中的应用J.新技术新工艺，2006, （3）：67-69. 17游素兰，黄远亮.应用M im ics软件建立下颌无牙颌 三维有限元模型J.口腔医学研究，2008,24（4）：381- 383 18黄磊，白光辉.多层螺旋CT 三维重建在先天性支气管 起源异常诊断中的应用J.温州医学院学报,2008，38,（3）：269-271. 19 Boissonnat Jean一Daniel.Shape reeonstruction From Planare cross Seetions J.CVGIP，1988，44. 20 Asheley S.From CAD Art

14、to Rapid Metal Tools J. Meehanieal Engineering.1997,119(3). 21 Fuehs H，Kedem Z M，Uselton S P. Optimal Surface Reconstruction from Plana Contours J. Commnication of the ACM，1997，20(10). 22 C.T.Chen，et al. Medical image segmentation by a constraint satisfaction Neural network J. IEEE Trans.Nuel.SCI,19

15、91,38(2). 23 M.Bhandark，etal.An edge detection technique using genetic algorithmbased Optimization J. Pattern Reeognition，1994，27(9).,Radilogy,2000,34. 24 Jones M.W.，Chen M.A New Approach to the Construction of Surfaces from Contour Data. Eurographics，94，1994，13(3). 25 Lorensen W E，Cline H E. Marinc

16、hing cubes: A high resolution 3D Surface Constructionalgorithlm J. Computer Graphies，1987，21(4). 26 Keppe1 E.Approximating Comlex Surfaces by Triangulation of ContourL1nes J.IBM J.Res.Dev. 1975，19. 27,24 Kalvin A.D.，Taylor R.H. Surfaces: Polygonal Mesh SimPlification with Bounded Error J. IEEE Compu

17、ter Graphics and Application，1996，15(3). 25 Kerr J.P.，Knapp D.，Frake B.,Sellberg M “True” color surface anatomy: mapping the Visible Human to patient-specific CT data J.Computerize Medieal Imaging and GraPhics，2000，24. 26 Lee T.Y.，Weng T.L.，Lin C.H.，Sun Y.N. Interactive Voxel Surface rendering in me

18、dical Applications J. Computerized Medieal Imagine and Graphies，1999，23. 27 Salvolini L，Seeehi EB，Costarelli L et al. Clinieal aPplications of 2D and 3D CT imaging of The airways-review J. European Journal of,28 Foley J D,ct al. Computer GraphicsPrinciples and Practice (Second Edition) M.Addison2 we

19、sley, 1990. 29 Chen L, ct al. Surface Shading in the Cuberille Environment. IEEE Computer Graphics and Applications,1985,5:332 43. 30 Artzy E, Frieder G, Herman G T. The Theory, Design,Implementation and Evaluation of a Three Dimensional Surface Detection Algorithm Proceedings of the 7th Annual Conf

20、erence on Computer Graphics and Interactive Techniques, Washington,1980.22 9.,31Lorensen W,et al. Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm Computer Graphics,1987,21(4):1632169. 31 Harvey R, Hanspeter P.Raycasting Architectures for Volume Visualization. IEEE Trans on Visual

21、ization and Computer Graphics 1999. 32Laszlo S K, Vlastimil H, Benedek B,ct al. On the efficiency of ray shooting acceleration schemes. In: Proceedings of ACMSCCG02,budmerice, Slovakia,2002. 33 Yagel R. Towards real time volume rendering. In: Proceedings of GRA PH ICON96,saint2 petersbur,-Rg, Russia

22、,1996:230-241. 34 WestoverL A. Interactive volume rendering. Proceedings of the chapel hill onworkshop volume visualization.ChapelHill:Department of Computer Science, Univ of North Carolina,1989. 35 Kaufman Arie E.Volume Visualization: Principles and Advances EB/OL. (2004-08)2005- 2011. 36 Lacroute

23、P, Levoy M. Fast Volume Rendering Using a Shear-warp factorization of the Viewing transformation. IEEE Computer Graphics and Applications 1994.,37 P Lacroute,M Levoy, Fast Volume Rendering Using a Shear-warp Factorization of viewing transform. In:ComputerGraphics,Annual Conference Series,1994:451458

24、 38 LaMar EC, Hamann B,Joy KI. Multiresolution techniques for interactive texture2basedvolume visualizationA. Ebert D, Gross M,Hamann B.IEEE Visualization99.San Francisco,1999:355-362. 39 Dunce N S, Rutt B. Interactive display of volumetric data by fast Fourier rojection. Computerized Medical Imagin

25、g and graphics,1992, 16(4):237-251,40 Kwansik K, Wittenbrink C.A pang. Maximal- abstact difference for comparaing direct volume rendering algorithms,2000-40.Hewlett-Packard Reseach Lab Technical Report,2000. 41 Baumrind S, Kom EL, Boyd RL. Apical root resorption in orthodon-tically treated adults. A

26、m J Orthod Dentofacial Orthop,1996,110(4):311-320. 42 chroeder WJ,Avila LS, Hoffman W. Visualizing with VTK:A tutorial. IEEE Trans. on Computer Graphics and Applications,2000,20(5):2027. 43孙涛高,东强.基于CT 图像的个性化人骨三维建模方 法J.机械设计与制造，2010，（9）：262-263,44陈宁,卢佩等. 用IDL 实现基于CT 图像的三维表面重 建J.仪器仪表学报，2006，27（6）：2293-

27、2294 45王洪玲,刘东旭等.利用三维图像处理软件实现埋伏牙 可视化的研究J.中国实用口腔科杂志，2010，3（3）： 149-151 46孙泓泓,齐乃新等.螺旋CT 三维重建技术在骨骼系统 疾病中的临床应用J.现代医用影像学，2007，16（3）： 97-99 47梅康平，张红民等.基于VTK光线投射法的CT 图像 三维重建 J.计算机与数字工程，2008，（5）：136 48黄金玮, 章建波等. CT 图像的三维实体重建技术研 究J.计算机应用研究,2004,(10):112-114,49胡君杰,马晨欣等.利用GPU实现三维图像重建方法研 究J.世界科技研究与发展，2008，30（1）：24-26 50马金瑞，胡熙芳等.多层螺旋CT 图像后处理技术的应 用J.包头医学，2006，30（2）：7-8,