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前言1

第1章 绪论1

1.1 医学图像三维重建的研究意义1

1.2 医学图像三维重建的应用1

1.3 国内外三维重建研究现状2

1.4 本书内容简介4

第2章 三维重建算法概述6

2.1 体数据三维数学模型6

2.2 医学图像体数据7

2.2.1 CT层片图像8

2.2.2 磁共振层片图像9

2.3 直接三维重建算法10

2.3.1 三维绘制模型10

2.3.2 图像空间为序的直接三维重建算法11

2.3.3 物体空间为序的直接三维重建算法12

2.4 间接三维重建算法13

2.4.1 基于等值面抽取的三维表面重建算法13

2.4.2 频域体绘制技术13

2.5 三维重建中的加速技术14

2.6 本章小结15

第3章 三维重建中关键技术研究16

3.1 Shear-warp投影算法原理16

3.1.1 物体空间中基本视向的选取18

3.1.2 Shear-warp变换的因子分解19

3.2 有序体数据的数据结构21

3.3 体素分类的快速三线性插值23

3.3.1 分类插值的体素模型24

3.3.2 体素分类插值运算量分析25

3.3.3 分类插值对三维重建效果分析比较27

3.4 本章小结29

第4章 基于最大密度投影的血管造影算法30

4.1 血管造影算法实现30

4.1.1 CT层片图像骨组织半自动分割去除算法31

4.1.2 采用传统光线追踪的最大密度投影算法的实现34

4.2 传统光线追踪算法优化分析35

4.2.1 最大密度投影算法中简化流程可行性分析35

4.2.2 采用多模式的最大密度投影效果比较36

4.2.3 对MRI图像血管造影结果条纹干扰的优化38

4.3 基于有序体数据的最大密度投影算法38

4.3.1 最大密度投影算法的计算量分析39

4.3.2 基于有序体数据最大密度投影算法的伪代码40

4.3.3 有序体数据的最大密度投影算法绘制速度比较分析41

4.3.4 血管造影图像质量比较分析42

4.3.5 头部MRI层片图像组血管造影结果45

4.3.6 头颈部MRI层片图像组血管造影结果45

4.4 本章小结47

第5章 基于等值面的三维表面重建48

5.1 对等值面的三维表面重建算法分类48

5.2 层片二维轮廓线三角形网格的表面重构49

5.2.1 二维轮廊线三角形网格划分算法的描述50

5.2.2 多分辫率三角形网格划分算法实现50

5.2.3 多分辫率三维表面重建结果54

5.3 对等值面的直接三维表面重建算法56

5.3.1 基于Shear-warp投影算法的直接三维表面重建57

5.3.2 三维表面体素的光照处理模型57

5.3.3 基于Shear-warp投影算法的直接三维表面重建流程59

5.3.4 绘制结果比较分析59

5.4 基于有序体数据的直接三维表面重建60

5.4.1 对在光线追踪算法中的等值面定位问题讨论61

5.4.2 有序体数据中等值面体素集的数值区间确定62

5.4.3 基于有序体数据的三维表面重建算法的流程63

5.4.4 不同数值区间时绘制速度和图像质量之间的关系分析64

5.4.5 直接三维表面重建结果比较66

5.5 本章小结68

第6章 三维体数据的直接体绘制69

6.1 直接体绘制中的光学模型69

6.2 直接体绘制算法流程72

6.2.1 对体数据中体素分类方法的讨论73

6.2.2 不透明度和颜色变换函数的确定73

6.2.3 光线吸收和发射模型的离散体绘制方程74

6.3 光线吸收和发射模型的直接体绘制算法实现75

6.3.1 采用体素值分段确定变换函数的方法75

6.3.2 采用光线追踪法的直接体绘制实现76

6.3.3 基于Shear-warp投影算法的直接体绘制实现77

6.4 基于有序体数据的光线吸收发射模型的直接体绘制算法80

6.4.1 基于有序体数据直接体绘制算法实现流程81

6.4.2 对体数据分段直接体绘制的结果分析82

6.4.3 直接体绘制结果分析比较84

6.5 本章小结87

第7章 基于微机三维重建系统的软件实现88

7.1 采用最大密度投影的血管造影模块89

7.2 对等值面的直接三维表面重建模块91

7.3 层片轮廓线的三角形网格重构模块92

7.4 基于有序体数据的直接体绘制模块95

7.5 三维重建系统主调用模块97

7.6 本章小结99

第8章 数字人数据集的预处理100

8.1 数字人简介100

8.2 中国数字人数据获取102

8.2.1 彩色照片图像103

8.2.2 CT层片图像105

8.2.3 磁共振层片图像106

8.2.4 中国数字人女婴一号106

8.3 照片数据集的位置配准107

8.3.1 定位点自动选取108

8.3.2 定位点手工调整110

8.3.3 二维图像配准111

8.3.4 配准结果115

8.4 照片数据集的颜色校正117

8.4.1 校正算法118

8.4.2 标准CMYK色卡118

8.4.3 色卡的自动分割119

8.4.4 颜色校正结果123

8.5 背景去除125

8.6 本章小结127

第9章 数字人数据集的三维重建129

9.1 二维多分辨率切片浏览129

9.2 数字人彩色图像的交互分割平台131

9.2.1 人体器官三维表面的半自动分割131

9.2.2 彩色图像分割平台系统构成133

9.2.3 彩色图像交互分割平台134

9.2.4 彩色图像分割步骤135

9.2.5 彩色图像分割实验结果136

9.3 基于VTK和VRML的三维表面显示139

9.3.1 男性一号CT数据集的三维表面重建140

9.3.2 男性一号CT数据集的气管虚拟内窥142

9.3.3 女婴一号数据集的三维表面重建143

9.3.4 娃娃鱼数据集的三维表面重建143

9.4 基于表面点的三维表面显示145

9.4.1 表面点的光照模型145

9.4.2 数字人的三维重建系统框架146

9.4.3 CT数据集三维表面重建147

9.4.4 照片数据集三维表面重建算法151

9.4.5 美国数字人照片数据集三维表面重建结果156

9.4.6 女婴一号照片数据集三维表面重建结果158

9.5 本章小结161

第10章 数字人眼角膜三维表面重建162

10.1 角膜三维重建算法163

10.2 裂隙扫描图像获取163

10.2.1 角膜轮廓线提取164

10.2.2 角膜高光的剔除165

10.3 三维表面模型建立166

10.4 本章小结169

附录一 图目录170

附录二 表目录175

参考文献176

后记188