醫學圖像三維觀察系統的研發范文
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1軟件三維交互技術
很多專家和學者認為，使用三維跟蹤球，三維鼠標器是實現三維交互的根本手段和方法，它比利用軟件方法實現交互有很大的優越性，但是另一些專家則持相反意見。他們曾做過統計，發現使用“真實三維交互設備”的用戶并沒有在操作時使用過多的自由度，盡管這些設備提供了這些功能。而是更多的使用了單個x,y,z軸進行旋轉，沿x,y軸方向平移。這證明人們對于三維空間的感知、想象及操作能力遠不如二維強，而且大多數用戶是沒有受過嚴格的三維空間想象力訓練的，他們需要的并不是具有完整三維自由度的產品，而是真正符合他們的感知規律、使用方便、具有代表性操作的三維交互手段。軟件方法則滿足了這種需求，這也使得用軟件方法來模擬三維交互有了可行之處。尤其是軟件方法能夠利用現有的二維交互設備，更使它成為了目前普遍采用的方法。Sutherland在1974年提出了利用數字化儀輸入三維數據的方法，Nielson等在1986年提出了用鼠標器進行三維交互的方法。在這些工作中普遍采用了在二維顯示屏上顯示光標及控制點，用二維的交互設備輸入三維變換參數的方法。
1.1三維觀察
利用OpenGL圖形庫函數對繪制生成的三維模型進行一定的坐標變換，將其從世界坐標系變換到設備坐標系，映射到輸出設備(即計算機二維屏幕)上。在實現三維交互技術之前，應當先來研究一下世界坐標系下的點是如何轉化到設備坐標系下的，這個過程在圖形學中被稱為三維觀察。三維交互算法的核心是將設備屏幕坐標系下的二維點轉換為物體在世界坐標系下的三維點，其實這個過程就是計算機圖像學中三維察的逆過程。下面就來研究一下，在三維觀察中，世界坐標系下的點是如何一步步轉化到設備坐標系下的。
1.1觀察流程圖
三維觀察的過程類似于拍攝一張照片。為了拍攝一張照片，首先需要在場景中給照相機定位。然后需要確定相機的方向:相機朝哪個方向照以及如何繞視線旋轉相機以確定相片的向上方向。如圖1所示。最后，按下相機快門時，景物按相機“窗口”(鏡頭)的大小被修剪，光線從可視表面投影到相機膠片上。然而，與相機相比，用計算機生成的景物視圖有更大的靈活性和更多的選擇。圖2給出了將物體三維模型的世界坐標描述變換到設備坐標的一般處理步驟。
該系統主要研究在三維重建基礎上交互處理的實現，加入了讀取遵循醫學DICOM3.0標準的二維醫學圖像格式dcm圖像和Jpeg,Bmp,Raw,Imo等其它圖像格式的功能。將二維醫學圖像序列重建成三維實體（頭顱的表皮和骨骼重建），幫助醫生進行診斷和手術模擬。
本系統采用VC++6.0開發平臺，首先是讀取CT（MRI）圖像序列（格式可以任選），分配內存，接下來是圖像組織的分割，即組織輪廓線的提取，因為人體各組織的灰度級是不同的，倘若要重建表皮組織，就要分出表皮的灰度輪廓（取500灰度級），倘若要重建骨組織，就要分割出骨組織的灰度輪廓（取1150灰度級），完成醫學圖像三維重建，然后就是圖形的繪制和光線的處理，接著對處理后的三維圖形進行交互處理，包括三維測量（直線，角度），三維裁剪等。最后分配內存的釋放。下面對具體的實現過程及使用的類和其關鍵函數加以介紹:
（1）mitkWidgetModel是所有Widget的基類,這個類規定了交互中統一的接口；Pick(&names)實現對一個Widget的基本部件進行揀選的功能；Release()作用與Pick()相反，將選中部件設置為“unknown”,表示無部件被選中；Select()功能是檢測本WidgetModel是否被選中，對選中的Model進行繪制；OnMouseDown(),OnMouseUp()OnMouseMove()實現鼠標的交互功能，還可以搭配鍵盤上的Sshift,Ctrl鍵作為組合鍵使用。以實現測量距離的Widget為例，首先在OnMouseDown()觸發時記錄當前線段兩個端點的坐標，然后鼠標移動時在OnMouseMove()中根據當時的鼠標位置及時更新鼠標所選中的端點部件在三維空間中的坐標；上面介紹的類和函數是本系統實現的關鍵。
MITK是一個不錯的醫學影像算法平臺，也是面向對象編程設計的，所以對面向對象的編程語言與工程應用都有著廣泛的實用價值，可以對相關醫療領域及相關研究單位意義深遠。圖3為三維交互系統的軟件實現界面；圖4為切片重組功能；圖5為切片重組輸出功能。
3結論
本文主要針對在醫學圖像三維重建基礎上的交互算法，以及模擬手術或相關單位對醫學圖像處理功能的需要，運用VC++6.0設計和實現了一個醫學圖像三維交互處理系統。該系統主要研究三維交互算法的實現和優化功能。尤其重要的一點是它能夠提供醫學圖像可視化和三維交互的功能，將二維醫學圖像序列重建成三維實體（頭顱的表皮和骨骼重建），在這個基礎上進行三維交互處理。在幫助醫生進行診斷和手術模擬方面具有重要的價值和意義。
作者：姜寶華董迎紅單位：長春大學旅游學院長春大學計算機科學技術學院
