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基于W eb的超声医学图像三维重构与可视化方法

论文编号:lw201801282043417587 所属栏目:超声医学论文 发布日期:2018年01月29日 论文作者:www.51lunwen.com
1引言

基于Web的三维可视化系统充分融合了现代网络技术、医学成像技术以及图像处理技术,使得处于不同地域的医生参与远程会诊;它能帮助生物医学工作者提高解剖结构的理解力,提高学习与交流的便利性,以及促进现代医学与人类社会的健康发展。本文开发出基于Web的医学图像三维可视化系统技术,使得这些技术具有良好的鲁棒性、精确性和实用性,在网络数字化医疗诊断、教育中发挥实际作用随着Web技术的快速发展与医学成像水平的不断提高,基于Web的医学图像三维可视化逐渐在生物医学领域中占有主导地位。
三维重构后的可视化图像能清晰地显示人体器官的解剖结构。本文提出了基于AJAX与X3D结合的场景交互框架,实现X3D标准的API和ECMA交互脚本的应用,通过三个二维平面来确定待显示的三维目标,实现三维目标的交互式应用Web医疗图像三维重构可视化应用。

2 GPU并行重构

三维重构的方式主要分为面绘制与体绘制两种。体绘制需要将数据场中每个体元的值映射为颜色与阻光度,这一映射过程通过传输函数实现,转换后的RGBA值通过合成投影到帧缓冲区相应的像素位置上,合成的方式可以通过多种算法实现。面绘制,是指在三维数据场中构造并显示等值面的过程,是从三维数据场中还原物体三维信息的主要手段之一。基于多核GPU并行技术方式的MC算法,将2D横断面分割成多个独立的片段,通过重构合并多线程进而形成3D等值面模型。


3 X3D模型转换与纹理映射

本文中提出了重构模型的X3D的模型转换技术及相应模型的纹理映射,形成Web兼容的3D格式。等值面中的坐标将被转换到X3D中指定的索引面集合节点中。该索引面集被用于表示X3D重构模型中的一个多边形网格的形状和表面。为了将纹理映射到这样一基于W eb的医学图像三维重构与可视化方法文/赵聪聪王进科随着Web技术的快速发展与医学成像水平的不断提高,基于Web的医学图像三维可视化逐渐在生物医学领域中占有主导地位。
三维重构后的可视化图像能清晰地显示人体器官的解剖结构。本文提出了基于AJAX与X3D结合的场景交互框架,实现X3D标准的API和ECMA交互脚本的应用,通过三个二维平面来确定待显示的三维目标,实现三维目标的交互式应用Web医疗图像三维重构可视化应用。
个模型上,我们创建了一个和模型同样大小的模板立方体。将输入的2D横断面生成的纹理图像,根据其坐标被映射到立方体里模型上,然后合并纹理立方体和重构模型的索引面集节点。我们使用了完整的分辨率图像切片,并且计算是运行在GPU平台上,从而产生适用于Web的X3D模型,最终使得本文获得的重构模型更加灵活,更加容易被扩展,并且被一般的3D浏览器支持。


4集成X3D的MVC可视化

本文在提出了MVC的框架设计模式的过程中,设计了一个可视化的流水线系统,从而来有效地提高系统的灵活性与扩展性。在可视化框架设计中,我们根据MVC设计原则将系统划分为模型层、视图层、控制器三层。


4.1模型层
主要是提供操作的数据,如等值面模型、纹理模型、可绘制点等。

4.2视图层
为了使得生成的等值面被OpenGL可视化,在处理层我们需要重点提出了等值面模型转化技术,即将等值面转化为多边形模型。

4.3控制器
分派请求和控制流程,主要是将ECMA脚本等添加到视图模型中,从而提高可视化系统在Web页面上的交互性。

5 AJAX与X3D结合的场景交互


Web3D技术提供多种方式来实现可视化的场景交互。本文对于三维可视化过程中场景交互仅仅聚焦在三维目标的平移、旋转、放缩等基本交互操作,从而满足Web实时性的要求。本文为三维可视化的Web模式提出了提供了两种交互式框架:一个基于传感器节点的场景更新框架,另一个基于Ajax3D(Ajax,Asynchronous JavaScript and XML)的框架。

5.1基于传感器节点的场景更新框架
基于传感器节点的场景更新框架使用Web3D技术中预先定义的传感器节点来增强场景交互和更新。该场景中的传感器节点被动感应,并响应用户的存在和交互。Web3D允许开发者针对特定的用途,集成定制的脚本,并为内部和外部的ECMA脚本或者Java代码提供计算服务来实现相应的功能。使用这个框架,一旦场景从一个服务区载入到一个客户端,用户能够通过他们内部的传感器节点进行场景交互。

5.2基于Ajax3D的框架
本文使用2D图像导航来阻止这样的不必要的模型重载,低分辨率图像的集合会比3D模型小很多。该2D导航器可以通过页面的Java script,使用Ajax3D技术,将指令消息转发给Web浏览器。该指令消息被推送到场景访问界面,来恰当地重新建模或者重新配置模型。使用这种方式,模型的2D导航器不会立即出发一个模型的重载,而是,3D模型会在用户提交选择好的位置和平面后进行重载。

6总结


页面不需要重新载入。带着这样的结果,用户仍可以无缝地通过2D导航器实现3D导航,而不用不必须的模型重载。基于Web模式医学图像三维重构与可视化渲染方式,可以在异步条件下改变三维场景中的内容,给客户带来更加具有交互性的三维体验。医学图像可视化是图像处理在生物医学工程上的重要应用,三维重构后的图像提高了医疗诊断的准确性与科学性,有利于制定最优的治疗方案及放射手术规划,并可进行手术模拟,在解剖教育及医学提出了中具有重要意义。


参考文献(略)