基于视觉优化的医学影像数据可视化技术研究

论文摘要

当前,医学影像数据的可视化技术发展迅猛。研究人员对得到的切片数据通过不同的绘制方法,显示出相应的可视化图像。但在采集时,由于各种原因医学影像数据中存在空体元和噪声,导致在可视化的过程中往往容易显示出来,使得用户操作可视化图像时受到一定程度的影响。为此本文针对医学影像数据可视化效果中存在的问题进行了深入研究。本文首先介绍了医学影像数据可视化的理论和相关技术,进一步介绍了传递函数的设计原理方法。在此基础上提出了对三维影像中传递函数的优化改进;通过引入切片方法提取三维影像不同方向的二维切片,并采用三种图像增强方法对切片进行图像增强,通过实验对比验证了本文方法的有效性。结合两种方法最终设计实现了相关可视化系统。本文主要贡献如下:(1)三维影像体绘制中传递函数有着举足轻重的作用,它的选择和设置的好坏直接影响医学影像数据可视化效果。针对三维医学影像绘制,通过研究传递函数的设计原理和设计方法,提出一种基于熵理论的半自动化传递函数,提高了三维医学影像可视化全局和焦点上下文的优化显示效果。本文通过实验对比得出,优化后的三维医学影像在绘制时间和绘制效果方面比梯度不透明度函数均有改善。(2)对于二维切片的显示存在噪声和空体元问题,为了解决图像噪声并保留细节和边缘信息,通过对图像增强技术的相关研究,提出了基于全变分模型的二维切片优化方法。并采用直方图均衡化、图像融合和全变分模型三种图像增强算法来解决二维医学图像边缘丢失、对比度模糊和噪声干扰等问题。通过图像质量评估指标峰值信噪比和平均结构相似性对三种方法进行实验,对比得出全变分模型在二维切片图像增强中的有效性。(3)本文在结合上述两种方法的基础上开发了视觉优化的医学影像数据可视化交互系统,该系统中包含对医学影像数据的三维可视化和可视分析功能。其中三维数据可视化效果能够通过调节传递函数进行优化改进,对于二维切片通过图像增强方法达到优化显示效果,有效拓展系统的应用性。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 三维医学影像数据可视化研究现状

1.2.2 医学影像视觉优化的研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文的组织结构说明

2 医学影像数据可视化关键实现技术

2.1 面绘制技术

2.1.1 基于体素的面绘制技术

2.1.2 基于轮廓线的面绘制技术

2.2 体绘制技术

2.2.1 体绘制基本原理

2.2.2 体绘制主要算法

2.3 基于GPU的体绘制

2.3.1 GPU工作原理

2.3.2 基于GPU的光线投射体绘制

2.4 医学影像面绘制与体绘制技术比较

2.5 本章小结

3 基于梯度不透明度函数的三维医学影像视觉优化技术

3.1 引言

3.2 体绘制传递函数技术

3.2.1 传递函数的设计原理

3.2.2 传递函数的设计方法

3.3 基于传递函数优化的医学影像可视化

3.3.1 体数据强度控制点设计方法

3.3.2 熵的定义

3.3.3 三维医学影像的全局优化方法

3.3.4 三维医学影像的焦点上下文优化方法

3.4 实验结果与分析

3.4.1 时间复杂度

3.4.2 全局优化显示

3.4.3 焦点上下文优化显示

3.5 本章小结

4 基于TV模型的医学影像二维切片视觉优化

4.1 引言

4.2 TV模型基础及理论研究

4.2.1 相关理论基础

4.2.2 TV模型原理

4.3 二维切片的视觉优化方法

4.3.1 直方图均衡化算法

4.3.2 图像融合算法

4.3.3 TV模型

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

5 基于视觉优化的医学影像数据可视化交互系统设计

5.1 基于视觉优化的医学影像数据可视化交互系统框架设计

5.2 医学影像数据可视化系统功能实现

5.2.1 三维医学影像数据可视化交互功能

5.2.2 二维切片的可视化交互功能

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏敏

导师: 吴亚东,鲜于剑波

关键词: 医学影像数据,传递函数,全变分,可视分析,视觉优化

来源: 西南科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,计算机软件及计算机应用

单位: 西南科技大学

分类号: R318;TP391.41

总页数: 54

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