文档介绍：西安电子科技大学
硕士学位论文
交互式虚拟内窥镜系统研究
姓名:王刚
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:姬红兵;高新波
20030101
摘要
摘要
虚拟内窥镜是一种非侵入型、无接触式的医疗检查手段,近年它在医疗领域
中得到了越来越广泛的应用本文针对虚拟内窥镜系统的关键技术和实现方法进
行了系统深入的研究。首先,分析医学图像数据格式,研究了图像滤波、
图像增强,二维断层图像间的线性插值等方法,并提出的一种基于形态学的形状
插值方法,以改善线性插值算法的缺陷。其次,针对复杂物体的分割,提出了一
种交互式的三维分割方法,可直接对三维体数据进行人机交互式分割。最后,对
交互式虚拟内窥镜技术进行了探讨,提出一种基于改进移动立方体算法的快速表
面绘制方法,且实现了虚拟内窥镜系统的手工交互式漫游方式和自动漫游方式。
仿真试验结果证明了文中所提方法的有效性。
关键词虚拟内窥镜,表面绘制,交互式三维分割,形状插值
独创性或创新性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究
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申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。
本人签名王‘刚日期口
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本学位论文属于保密,在一年解密后适用本授权书。
本人签名工翩日期夕
导师签名从各日期夕
第一章绪论
第一章绪论
研究背景和意义
医学成像在过去的三十年中已取得了巨大的进展,在上世纪八九十年代分别
出现了等先进的影像技术,并成功应用于医学临床。同
时,影像处理分析的方法如视觉处理、分析算法等和技术如数据处理、存储、
传输、计算等也有了长足的进步,使得影像医学得以迅速发展。现代外科医学已
逐渐集中于这样一模式,那就是感觉一决策一行动。也就是说,先通过外科医疗
检测设备获得对病灶部位的准确认识,然后确定合理的实施方案,最后再具体实
施操作而现代外科医疗检测系统,往往造价昂贵,相应医疗成本也很高,因此,
如何在有效提高监测质量的同时尽量降低医疗成本,是目前一个比较紧迫的任务。
随着计算机技术、计算机图形学、图像处理技术、三维医学成像技术尤其是
虚拟现实技术等现代信息技术的发展而产生的一种新兴的三维可视化工具—虚
拟内窥镜技术无疑为我们提供了强有力的手段,利用三维医学影像数据,
通过虚拟成像和可视化技术有望达到上述目标。虚拟内窥镜是直接把病人的体数
据作为输入,并通过接口直接连接到或设备上通过体数据重建和管状器
官结构的区域提取,不仅可以把三维体数据作为一种虚拟环境,而且在这个虚拟
环境的内部,使用者还可以交互地在人体器官结构的内部进行导航、成像或检查,
模拟传统的内窥镜检查过程,而且还提供了传统的光学和视频内窥镜所不具备的
如视向、视角、视野、转换、照明、测量等观测、控制和选择功能。其视觉反馈
定位和导航系统能确定操作者相对于实际的解剖结构的距离和位置。此外,还可
以把虚拟视图与传统的内窥镜的图像及术后病理数据做比较,验证虚拟内窥镜的
检测结果。
虚拟内窥镜是一种非侵入型、无接触式的检查手段虚拟内窥镜检查彻底
避免了传统的内窥镜检查需要插入探测器,省去了使用镇定剂、住院治疗和手术
后观察等措施,降低了检查的复杂性、危险性、医疗成本。它不会给病人带来不
舒服感,也不会产生任何穿孔、感染和出血等副作用,而且还可以对病变区域进
行定量测试。此外,虚拟内窥镜能够对同一个器官对象任意地进行重复检查,并
且可以模拟检查那些光学内窥镜接触不到或不能检查的人体内部许多重要的系统
如脑、脊椎管、内耳、胆汁管、胰腺管、大血管等,从而极大地降低了检查难度,
减少了意外事故的发生。还有它的检查费用低廉,如在美国,结肠物理内窥镜检
查大约需要美圆,这对于患者来说是一笔不小的负担。而做扫描大
交互式虚拟内窥镜系统研究
约只需一半的费用。因此,研究虚拟内窥镜的意