基于GPU加速的交互式虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)研究.pdf

1、虛擬內(nèi)窺鏡是通過計(jì)算機(jī)圖形圖像處理、圖像數(shù)據(jù)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)將病人 CT或 MRI圖像數(shù)據(jù)重建還原為三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對病人組織器官檢查診斷的技術(shù)。虛擬內(nèi)窺鏡主要用于模擬傳統(tǒng)光學(xué)內(nèi)窺鏡對如腸道、血管、內(nèi)耳等空腔器官內(nèi)壁進(jìn)行檢查。虛擬內(nèi)窺鏡只需要使用病人影像數(shù)據(jù)便可以觀察空腔內(nèi)壁，所以它避免了傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡檢查需要內(nèi)窺鏡體插入人體空腔管道中的缺點(diǎn)，同時也降低了病人的痛苦和醫(yī)療成本。
　　隨著 GPU數(shù)據(jù)運(yùn)算能力的發(fā)展提升，使得 GPU

2、用于通用并行運(yùn)算成為可能。針對大數(shù)據(jù)集圖像可視化問題，將復(fù)雜、耗時的圖形圖像處理的部分交給 GPU處理，可以加速圖像數(shù)據(jù)可視化，使得虛擬內(nèi)窺鏡可以實(shí)時繪制和實(shí)時交互。
　　本文重點(diǎn)介紹了虛擬內(nèi)窺鏡中的四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：圖像組織分割、空腔路徑提取、虛擬內(nèi)窺鏡可視化、虛擬漫游。醫(yī)學(xué)圖像組織分割目的是將目標(biāo)區(qū)域分割出來，以便提取空腔中心路徑。本文使用距離變換算法提取中心路徑，對距離變換中邊界距離場和源距離場建立過程進(jìn)行改進(jìn)，提高路徑提取時間

3、效率。在邊界距離場的邊界內(nèi)推過程中，僅掃描邊界點(diǎn)的面鄰接點(diǎn)，同時對點(diǎn)賦標(biāo)記屬性，使得每內(nèi)推一次標(biāo)記屬性增加一次，進(jìn)而建立邊界到中心的最小距離場。在源距離場中，用鏈表數(shù)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)隊(duì)列進(jìn)行尋找位于空腔中心點(diǎn)。本文改進(jìn)算法可以提高路徑提取的時間效率，滿足虛擬內(nèi)窺鏡對實(shí)時提取路徑的需求。在虛擬內(nèi)窺鏡可視化方面，本文對比了面繪制和體繪制的優(yōu)缺點(diǎn)，之后選擇使用能夠保留重建物體完整細(xì)節(jié)的體繪制中的光線投射算法，并使用GPU對圖像可視化加速，然后給出算