-医学图像的三维可视化幻灯片
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卡通医疗可视化图表集PPT
40 % NEPTUNE
Neptune is the farthest planet from
the Sun
35 % MARS
Despite being red, Mars is actually a
cold place
Pharmacy Infographics
Venus
Venus is the second planet from the Sun
NEPTUNE
It’s the farthest planet from the Sun
Pharmacy Infographics
30 % MERCURY
Mercury is the smallest planet in the Solar System
50 % SATURN
Saturn is mostly composed of helium and hydrogen
25 %
Saturn
Saturn is a gas giant and the ringed one
Pharmacy Infographics
30 % 20 % 50 %
Mars
Despite being red, Mars is a cold place
Mercury
It’s the closest planet to the Sun
VenVuseins uthse
second planet from the Sun
45 %
Jupiter
Jupiter is a gas giant and the biggest planet in the Solar System
65 %
Neptune
医学图像重建PPT课件
一 图像重建概述
不同密度体对射 线的吸收不同
对射线吸收相同的 物体，密度分布不 一定相同
入射线
高密度体
少透射
入射线
低密度体
多透射
入射线
6ห้องสมุดไป่ตู้
222
入射线
6
141
等强度射线穿透不同组织的情况
投影重建时需要一系列投影才能重建图像。
一 图像重建概述
➢ 分类：
➢ 根据被用于图像重建的数据获取方式不同，可以分为透射 断层成像、发射断层成像和反射断层成像。
插值法：
▪ （一）基于图像灰度值的插值方法,如最邻近法、线性插值、样条插值等 ,它是在原始灰度断层图像序列中,补充若干“缺少”的切片,这些插值方 法插值精度不高,产生的新断面通常会出现边缘模糊,由此重建出的三维 真实感图像表面会产生伪像,当断层间距较大时这一点尤其明显. 造成这 种情况的主要原因是这些方法没有考虑到物体几何形状的变化.
二 医学CT三维图像重建
➢ 投影切片定理给出了图像在空间域上对X轴的投影与 在频率域u轴的切片之间的关系。
➢ 如果投影并非是对X轴进行，而是对与空间域的X 轴成 任意的角度θ的方向进行投影，是否频率域上存在与u 轴成相同的θ角度方向上的中心切片与之相等？
➢ 回答是肯定的，二维傅里叶变换的旋转定理。
3) 为了增强三维逼真效果，突出显示不同组织的边界面，可以采样表面 并进行明暗计算。
➢ 根据成像所采用的射线波长不同，可以分为X射线成像、 超声成像、微波成像、激光共焦成像等。
二 医学CT三维图像重建
（1）现实意义
在医疗诊断中,观察病人的一组二维CT 断层图像是医生诊断病情的常 规方式. 现有的医用X 射线CT 装置得到的序列断层图像,虽能反映断层内 的组织信息,但无法直接得到三维空间内组织的形貌(如肺部肿瘤的表面 纹理) 和组织间相互关联的情况,而临床上组织形貌对组织定征(如肿瘤的 恶性或良性判断) 却是十分重要的. 仅靠CT 断层图像信息,要准确地确定 病变体的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织之间的空间关系,是 十分困难的.因此迫切需要一种行之有效的工具来完成对人体器官、软组 织和病变体的三维重建和三维显示. CT 三维重建技术就是辅助医生对病 变体和周围组织进行分析和显示的有效工具,它极大地提高了医疗诊断的 准确性和科学性。
医学图像的三维重建与可视化
阐述了医学图像三维重建与可视化的 基本原理和方法，包括图像分割、三 维重建和可视化等关键技术。
探讨了医学图像三维重建与可视化在 实际应用中的挑战和解决方案，如计 算效率、数据获取和处理等方面的问 题。
未来工作展望
深入研究医学图像三维重建与 可视化的新技术和新方法，如 深度学习、计算机视觉等，以 进一步提高算法的准确性和效
可视化效果优化方法
针对评估结果，采用相应的优化方法 提高可视化效果，如改进算法、优化 数据结构、并行计算等。
05
医学图像三维重建 与可视化系统设计 与实现
系统总体设计
01
02
03
系统架构
采用客户端/服务器架构， 实现医学图像数据的传输 、处理和可视化。
功能模块
包括数据处理、三维重建 、可视化等模块，各模块 之间相互独立，便于扩展 和维护。
多层次可视化
对医学图像进行多层次、多尺度的可视化，展示不同细节层 次的信息，如多分辨率可视化（Multi-Resolution Visualization）和细节层次技术（Level of Detail）等。
可视化效果评估与优化
可视化效果评估指标
制定客观、量化的评估指标，对可视 化效果进行评价和比较，如逼真度、 交互性、计算效率等。
交互界面
提供友好的用户界面，支 持多种交互方式，如鼠标 、键盘等。
数据处理模块设计与实现
数据格式转换
将不同格式的医学图像数 据转换为统一的数据格式 ，便于后续处理。
图像预处理
对医学图像进行去噪、增 强等预处理操作，提高图 像质量。
数据分割
采用图像分割技术，将医 学图像中的感兴趣区域提 取出来，为后续的三维重 建提供准确的数据。
创意3D立体医疗健康知识科普PPT模板
医疗健康科普
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常见健康隐患
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医学图像可视化课件
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
数据可视化（1）：数据曲线与图表
100.0 95.0
Noise=3% INU=20% Noise=3% INU=40% Noise=9% INU=20%
90.0
85.0
80.0
75.0
CSF
GM
WM
Cortex
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我们这里说的“绘制”一词，英文是 “Rendering”。还经常被译做“描绘”、 “渲染”、“重建”或“显示”等。它的 比较严格定义应该是：实际3D物体的2D照 相写真式表示。属于3D物体在2D平面真实 感投影，二者有严格定量关系及视觉真实 感。
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3D步进立方体法的15种基本构型
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与步进正方形相似，3D时为步进立方体法。 每个体素有8个顶点。根据这8个顶点与灰度阈值的 关系一共有28=256种构型。
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图象显示方式有多种多样，从大 的方面可以分为三类： (1) 反射式显示 (2) 透射式显示 (3) 断层（剖面）显示
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反射式显示：
从体数据的感兴趣区提取被观察 物体的表面，施以一定的光照模型， 选择某一视角从物体外部观察物体表 面形态的显示方式。典型的如表面绘 制技术（Surface Rendering）。
数据可视化（1）：数据曲线与图表
100.0 95.0
Noise=3% INU=20% Noise=3% INU=40% Noise=9% INU=20%
90.0
85.0
80.0
75.0
CSF
GM
WM
Cortex
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我们这里说的“绘制”一词，英文是 “Rendering”。还经常被译做“描绘”、 “渲染”、“重建”或“显示”等。它的 比较严格定义应该是：实际3D物体的2D照 相写真式表示。属于3D物体在2D平面真实 感投影，二者有严格定量关系及视觉真实 感。
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3D步进立方体法的15种基本构型
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与步进正方形相似，3D时为步进立方体法。 每个体素有8个顶点。根据这8个顶点与灰度阈值的 关系一共有28=256种构型。
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图象显示方式有多种多样，从大 的方面可以分为三类： (1) 反射式显示 (2) 透射式显示 (3) 断层（剖面）显示
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反射式显示：
从体数据的感兴趣区提取被观察 物体的表面，施以一定的光照模型， 选择某一视角从物体外部观察物体表 面形态的显示方式。典型的如表面绘 制技术（Surface Rendering）。
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23
灰度直方图均衡化。均匀量化的自然图像 的灰度直方图通常在低灰度区间上频率较 大，使得图像中较暗区域中的细节看不清 楚，采用直方图修整可使原图像灰度集中 的区域拉开或使灰度分布均匀，从而增大 反差，使图像的细节清晰。
2
三维可视化的定义和分类
也称三维重建，是指通过对获得的数据或二维图 像信息进行处理，生成物体的三维结构，并按照 人的视觉习惯进行不同效果的显示。
常见的可视化形式有多平面重建（Multiplanar reconstruction，MPR）、 曲面显示(Curved multiplanar reconstruction，CMPR)、表面阴 影显示(Shaded surface Display，SSD)、最 大（小）密度投影(Maximum/minimum intensity projection，MIP)、虚拟内窥镜 (Virtual endoscopy，VE)等。
MATLAB
15
MATLAB6.5 MATLAB6.5的图像处理工具箱实现了断层
图像的三维表面重建及体重建，原理简单， 编程实现方便。 在对头部CT图片进行的三维表面重建及体 重建实验中，重建速度快，显示效果良好， 便于各类非计算机专业人士推广应用。
16
三维重建技术的实现方法包括两种：
一种是通过几何单元拼接拟合物体表面来 描述物体的三维结构，称为表面绘制；
11
磁共振MRA(最大密度投影)
12
重建实例一—— 利用MATLAB实现 CT断层图像的三维重建
13
三维重建的常用工具 与研究基础
C VTK MITK MATLAB
14
医学图像三维重建为人体结构提供了真实、 直观的反映，便于医学人员对病灶的观察 及手术的进行。但图像三维重建编程实现 困难，不易被非计算机专业人士所掌握。
21
图像增强
图像增强就是根据某种应用的需要，人为 地突出输入图像中的某些信息，从而抑制 或消除另一些信息的处理过程。使输入图 像具有更好的图像质量，有利于分析及识 别。
三维重建和三维可视化往往针对某一器官 或某一组织重建，因此可以增强目标器官 的对比度或窗口宽度。
22
直方图修改 图像平滑 图像边缘锐化 伪彩色增强
图像格式的转换与读写
图像增强
20
图像格式的转换与读写
正确读取DICOM图像后，通过选择合适的 窗宽、窗位，将窗宽范围内的值通过线性 或非线性变换转换为小于256的值，将CT 图像转换为256色BMP图像。
更严格的要求是直接基于DICOM图像进行 重建，但要注意DICOM图像灰阶较多，可 以适当阶梯化后进行处理，以提高处理速 度。
8
体绘制示例
9
体绘制的方法
光线投射(Ray Casting)算法 对三维体数据进行预处理，包括对各断层二维图
像进行降噪； 从显示屏幕的拟显示矩阵中的每个像素按照观察
视角发出光线，光线穿过三维数据场，直接将采 样点值作为顶点值或插值； 使用梯度计算法计算各采样点的法向量，根据光 照模型进行物体表面明暗显示。 计算射线对屏幕显示矩阵中像素的贡献，即沿射 线由远及近的计算采样点的颜色和α值。
生成一个代表顶点内外部状态的二进制编码索引表 移动（前进）至下一个立方体，重复3－7步。 用此索引表查询一个长度为256的构型查找表，得到轮廓
（等值面）与立方体空间关系的具体拓扑状态（构型）； 根据构型，通过线性插值确定等值面与立方体相交的三角
片顶点坐标，得到轮廓的具体位置；
7
体绘制
直接由三维数据场产生屏幕上的二维图象， 称为体绘制算法。这种方法能产生三维数 据场的整体图象，包括每一个细节，并具 有图象质量高、便于并行处理等优点。体 绘制不同于面绘制，它不需要中间几何图 元，而是以体素为基本单位，直接显示图 像。
3
基本的三维可视化技术
面绘制（Surface Rendering）技术
体绘制（Volume Rendering）技术
此外，多平面显示和曲面显示属于将三维 体视数据进行再切面，并将二维切面影像 显示出来的技术形式，因此也称二维重建 或图像重排。
4
面绘制
面绘制实际上是显示对三维物体在二维平 面上的真实感投影，就像当视角位于某一 点时，从该点对三维物体进行“照相”， 相片上显示的三维物体形象。
另一种是直接将体像素以一定的颜色和透 明度投影到显示平面的方法，称为体绘制。
17
表面重建运算量小，表面显示清晰，但对边 缘检测的要求比较高；
而体重建直接基于体数据进行显示，避免了 重建过程中所造成的伪像痕迹，但运算量较 大。
18
重建方法
19
预处理
为了有利于从图像中准确地提取出有用的 信息，需要对原始图像进行预处理，以突 出有效的图像信息，消除或减少噪声的干 扰。
医学图像的三维可视化
上海理工大学 聂升东 泰山医学院 邱建峰
1
三维可视化的意义
多排螺旋CT等的应用使的使用三维形式显 示组织和器官变得可行且必要。
图像三维显示技术可以更好的显示数据和 诊断信息，为医生提供逼真的显示手段和 定量分析工具。
三维显示还可以避免医生陷入二维图像的 数据“海洋”，防止过多浏览断层图像而 造成漏诊率上升。
5
面绘制示例
6
面绘制的方法
通过配准及插值后，建立面绘制所需的基本三维体数据， 选定作为表面显示的等值面的灰度阈值
紧邻上下两层数据对应的四个像素点构成一个立方体，或 对应成一个体素；
体素的共8个顶点按照前面得到的等值面阈值进行分类， 超过或等于阈值，则顶点算作等值面的内部点；小于阈值， 顶点算作等值面的外部点；
10
最大（小）密度投影
最大密度投影认为每个三维数据体的体素是一个 小的光源。按照图象空间绘制的理论，显示矩阵 的像素向外发出射线，沿观察者的视线方向，射 线穿过数据场遇到最大光强（最大密度值）时， 与最大密度相关的数据值投影在对应的屏幕上的 每个像素中形成最终图像。它可以看作是最简单 的一种图像空间体绘制，不需要定义体数据和颜 色值间的转换关系。最小密度投影道理相同，但 选择最小密度值作为屏幕像素值。