醫(yī)學(xué)圖像體繪制及其加速技術(shù)研究.pdf

1、隨著可視化技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)學(xué)圖像體繪制技術(shù)在疾病診斷、手術(shù)導(dǎo)航、輔助教學(xué)等方面開(kāi)始發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。它可以將各組織內(nèi)部的層次關(guān)系表現(xiàn)出來(lái),呈現(xiàn)出豐富的三維信息,因此具有較大的發(fā)展空間和良好的發(fā)展前景。
　　 本文在系統(tǒng)研究與分析體繪制的基本原理、典型算法的基礎(chǔ)上,對(duì)體繪制算法中傳遞函數(shù)、光照模型以及加速技術(shù)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)、透徹地剖析,并針對(duì)其中出現(xiàn)的問(wèn)題提出具體有效的改進(jìn)措施,改進(jìn)后的結(jié)果可滿足醫(yī)學(xué)圖像交互式體繪制的要求

2、。
　　 傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)是體繪制算法中的重要環(huán)節(jié),它能突出顯示體數(shù)據(jù)中人們感興趣的特征。一維傳遞函數(shù)難以提取復(fù)雜的特征,基于邊界模型的二維灰度-梯度傳遞函數(shù)可以清晰地繪制出物體之間的邊界。但是如果兩個(gè)弧相互重疊時(shí),就會(huì)引起邊界區(qū)分的歧義,因此就引入LH直方圖。由于邊界以聚集點(diǎn)的形式出現(xiàn),所以LH直方圖解決了灰度-梯度直方圖中的弧線相交選取困難的問(wèn)題。原始LH值計(jì)算速度慢,無(wú)法滿足交互體繪制的要求。另外只將梯度幅值作為判斷標(biāo)準(zhǔn),容易

3、丟失一些重要邊界,而且積分路徑易受噪聲影響,魯棒性差。
　　 本文提出一種快速計(jì)算LH值的方法,實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)方法的計(jì)算速度比原方法有了大幅度提高。以體素到物體邊界的距離作為衡量尺度,對(duì)改進(jìn)方法得到的LH直方圖進(jìn)行修正,提高了精確度和魯棒性。
　　 快速體繪制技術(shù)一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。文中以光線投射算法的加速技術(shù)為基礎(chǔ),闡述了體繪制的加速原理,并介紹了基于GPU的多通道和單通道光線投射算法。雖然其性能大大超過(guò)只在CPU上執(zhí)

4、行的算法的性能,但由于其架構(gòu)上的缺陷,為達(dá)到理想的繪制速度往往不得不放棄編程的靈活性。NVIDIA的GeForce 8系列顯卡上的統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)(Common Unified Device Architecture,CUDA)不需要映射到圖形API便可在GPU上進(jìn)行計(jì)算的分配和管理,因此較適合于大數(shù)據(jù)量的醫(yī)學(xué)圖像可視化領(lǐng)域。
　　 本文分析了CUDA的設(shè)計(jì)思想和編程模式,針對(duì)其特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)基于硬件的光線投射法進(jìn)行改進(jìn),將計(jì)算耗時(shí)的繪