虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像處理尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)等學(xué)科的發(fā)展而逐步形成的一種獨(dú)特的技術(shù)。它屬于醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)的范疇，是醫(yī)學(xué)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)中的推廣。與傳統(tǒng)的光學(xué)內(nèi)窺鏡相反，它不是把鏡體植入到人體中去，而是想辦法將人體的管腔組織在計(jì)算機(jī)上顯現(xiàn)出來，讓內(nèi)窺鏡直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行漫游。具體辦法是，病人在檢查時首先作CT、MRI或超聲等掃描，所得數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)后進(jìn)行處理，生成便于計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)據(jù)，然后利用類似虛擬現(xiàn)實(shí)的手段對

2、所要檢查的區(qū)域進(jìn)行顯示，在計(jì)算機(jī)的屏幕上觀察是否有病變。顯然，整個檢查過程中病人只需要做一次掃描就可以，所以病人的痛苦大大地減低了。由于在檢查的過程中減少了病人的參與，從而也很大程度的降低了醫(yī)療事故的發(fā)生率以及醫(yī)療成本。所以，虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用前景。本文針對虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了深入研究。 首先，文章分析了在CT、磁共振、醫(yī)院PACS系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)DICOM文件格式，實(shí)現(xiàn)對DIC

3、OM文件的正確解讀。解讀DICOM文件是三維重建的前提。只有準(zhǔn)確的提取出文件中的信息，如病人的檢查部位、圖像的窗寬窗位以及切片厚度等，才能夠建立人體數(shù)據(jù)的三維模型，從而為虛擬內(nèi)窺鏡以及其他的醫(yī)學(xué)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。接下來利用提取出的信息進(jìn)行三維重建，本文簡要介紹了幾種常用的表面繪制算法，并對Marching Cube算法的實(shí)現(xiàn)流程作了說明。 其次，文章詳細(xì)討論了虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，包括虛擬內(nèi)窺鏡的發(fā)展現(xiàn)狀，基本原理，實(shí)現(xiàn)步驟以

4、及各個步驟的實(shí)現(xiàn)方法。虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個關(guān)鍵步驟是路徑規(guī)劃。文章對此部分進(jìn)行了深入的研究。路徑規(guī)劃包括圖像二值化，二值圖像骨架化，路徑生成等三個步驟。其中骨架化是虛擬內(nèi)窺鏡的核心。骨架化的意義在于提取出管腔組織的中心點(diǎn)，連接這些中心點(diǎn)從而生成漫游的路徑。因此中心點(diǎn)的提取速度和準(zhǔn)確度直接影響著虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的實(shí)用性。 本文詳細(xì)介紹了幾種骨架化算法，然后針對其中的拓?fù)浼?xì)化方法提出了改進(jìn)算法。拓?fù)浼?xì)化算法是一種有效的提取中心路徑

5、的方法，該方法原理簡單，得到的結(jié)果基本上能夠正確的保持物體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是耗時卻很長，而用于醫(yī)學(xué)處理的數(shù)據(jù)集往往又是十分龐大的，所以嚴(yán)重的影響了該算法的實(shí)用性。本文針對這一缺點(diǎn)提出了幾種改進(jìn)方法，在不同程度上有效地提高了算法的處理速度，減少耗時，從而可以使該算法更好的應(yīng)用到實(shí)際的應(yīng)用之中。實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的算法可以快速穩(wěn)定的處理體數(shù)據(jù)，很大程度上起到了優(yōu)化的作用。 最后，由于直接沿骨架化算法的結(jié)果進(jìn)行漫游容易出現(xiàn)圖像跳躍現(xiàn)象，文