基于MITK的医学图像处理系统开发 (毕业设计72页、21837字 +图 +程序)

摘要：本文主要研究利用三维医学影像处理与分析开发包MITK（Medical Imaging ToolKit）来实现医学图像的三维重建。随着计算机图像处理技术的发展，使得医学图像三维重建变得可能，并逐渐成为目前的一个新的研究热点。它是一个多学科交叉的研究领域，是计算机图形学和图像处理在生物医学工程中的重要应用。在诊断医学、手术规划及模拟仿真、整形及假肢外科等方面都有重要应用。因此，对医学图像三维重建的研究，具有重要的学术意义和应用价值。
移动立方体(MC)算法是基于规则体数据抽取等值面的经典算法。本文设计开发了一个基于MC算法的医学图像三维重建系统，其中包括医学图像预处理中的分割算法。用此系统重构一个人体头部的三维形体,实现表面的重建。

关键词：三维重建；图像分割；图像配准；三维可视化 

Development of Medical Image Processing System
Based on MITK

Abstract: The technology of 3D reconstruction from medical images by MITK is studied in this paper. With the development of computer image processing technology, 3D reconstruction of medical image is possible, and is becoming a new research hotspot.3D reconstruction from medical images is a multi-disciplinary subject. It is an important application of computer graphics and image processing in biomedical engineering. It involves to the subjects of digital image processing, computer graphics and some related knowledge of medical.3D reconstruction and visualization of medical images are widely used in diagnostic，surgery planning and simulating, plastic and artificial limb surgery. Study on 3D reconstruction from medical images has important significance on science and worthiness in practical application.
   Marching cubes (MC) algorithm is a classical algorithm to extract iso-surface from regular volume data. A medical images reconstruction system based on MC algorithm is developed, It includes segmenting algorithm used in image preprocessing, then we provide the reconstruction tissue.
 
Key words:  3D reconstruction,  Segmentation,  Registration,  3D Visualization

目    录
第1章  绪    论 1
1.1  目的和意义 1
1.2  国内外研究现状 2
1.3  小结 3
第2章  基于MITK的医学图像处理系统分析 5
2.1  系统组成结构及功能 5
2.2  系统中的关键技术的分析及选择 7
2.2.1  医学影像分割算法的分析及选择 7
2.2.2  医学影像配准算法分析 8
2.2.3  三维可视化算法分析及选择 8
3.3  小结 8
第3章  系统开发中应用软件分析与选择 10
3.1  应用的软件包的分析与比较 10
3.1.1  可视化工具VTK分析 10
3.1.2  医学图像分割与配准工具ITK分析 11
3.1.3  VTK、ITK与MITK相比较的局限性 12
3.2  小结 13
第4章  三维表面重建算法的分析 14
4.1  表面重建算法的分析和选择 14
4.2  体素模型的建立与等值面的提取 16
4.2.1  体素模型的建立 16
4.2.2  等值面的提取 18
4.3  MARCHING CUBES算法的分析及应用 19
4.4  MITK的整体计算框架的建立 24
4.4.1  基于数据流模型的整体框架的分析 24
4.4.2  数据模型的分析 25
4.4.3  算法模型的建立 26
4.5  小结 27
第5章  系统的调试以及表面重建的结果分析 28
5.1  显示系统的建立 28
5.2  用MITK进行表面重建 32
5.3  系统的调试 35
5.4  重建结果及效果分析 37
总结和展望 40
致    谢 41
参考文献 42
附    录 44

 
第1章  绪  论
1.1  目的和意义
70年代以来，随着计算机断层扫描（Computed tomography）,核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）等医学成像技术的产生和发展，人们可以得到人体及其内部器官的二维数字断层图像序列。这些医学成像的临床应用，使得医学诊断和治疗技术取得了很大的进展。
但是，这些医疗设备只能提供人体内部的二维断层图像，二维断层图像只是表达某一界面的解剖信息，医生们只能凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，从而给治疗诊断增添了困难。虽然可以通过二维断层图像上某些解剖部位进行简单的坐标叠加，但是不能给出准确的三维影像，造成病变定位的失真和畸变。
因此，为提高医疗诊断中治疗规划的准确性和科学性，将断层图像序列成为具有直观立体效果的图像，展现人体器官的三维结构与形态，从而提供若干用传统手段无法获得的解剖结构信息，并为进一步模拟操作提供视觉交互手段。人们提出了各种由二维图像重构出三维形体的方法，并逐渐形成了一个崭新的研究领域――科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)。l987年2月，美国国家科学基金会在华盛顿召开了有关科学计算可视化的首次会议，与会者有来自计算机图形学、图像处理以及从事各个不同领域科学计算的专家。会议认为“将图形和图像技术应用于科学计算是一个全新的领域”并指出“科学家们不仅需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算过程中数据的变化，而这些都需要借助于计算机图形学及图像处理技术”会议将这一涉及到多个学科的领域定名为“Visualization in Scientific Computing”简称 “ScientificVisualization”。科学计算可视化指的是运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法和技术。实际上，随着计算机相关技术的发展，科学计算可视化的含义已经大大扩展。它不仅包括科学计算数据的可视化，而且包括工程计算数据的可视化，如有限元分析结果等。也包括测量数据的可视化，如用于医疗领域的计算机断层扫描(CT)数据及核磁共振(MR)数据的可视化，就是最为活跃的研究领域之一。