仿真影像學(xué)技術(shù)

內(nèi)容概要

本書結(jié)合醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的最新發(fā)展，從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像原理及系統(tǒng)演化出發(fā)，介紹了醫(yī)學(xué)影像的一個新方向和新趨勢——仿真影像學(xué)，內(nèi)容涉及醫(yī)學(xué)影像在臨床中的應(yīng)用以及仿真影像學(xué)的主要技術(shù)組成，其中包含了作者自己的研究成果。全書共分六章：第一章綜述了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的發(fā)展；第二章介紹了三維圖像重建與建模的理論、方法和應(yīng)用；第三章闡述了三維圖像的分析與測量；第四章介紹了多模式圖像數(shù)據(jù)配準的理論；第五章論述了三維圖像的顯示；第六章介紹了各種虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及仿真影像的實現(xiàn)。    本書內(nèi)容豐富，可供從事醫(yī)學(xué)影像研究和臨床應(yīng)用方面的研究人員、相關(guān)專業(yè)的研究生、工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言1  概論  1.1  前言  1.2  現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)演化  　1.2.1  圖像模式  1.3  科學(xué)可視化在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用  1.4  仿真影像學(xué)技術(shù)及系統(tǒng)  1.5  相關(guān)術(shù)語定義  參考文獻2  三維圖像重建與建模  2.1  前言  2.2  三維圖像重建理論與基本方法 　 2.2.1  三維體積圖像數(shù)據(jù)  2.3  三維圖像的體積重建  　2.3.1  圖像灰度插值問題 　2.3.2  基于匹配點的灰度插值算法 　 2.3.3  基于形狀的插值算法  2.4  三維圖像的表面重建  　2.4.1  平行輪廓集合的表面網(wǎng)格重建  　2.4.2  等值面檢測  　2.4.3  表面網(wǎng)格的簡化  2.5  基于影像的組織結(jié)構(gòu)建模 　 2.5.1  解剖建模 　 2.5.2  物理建模  2.6  小結(jié)  參考文獻3  三維圖像分析與測量  3.1  前言  3.2  三維圖像的性質(zhì) 　 3.2.1  離散圖像變換 　 3.2.2  三維體元的相鄰關(guān)系 　 3.2.3  矩方法  3.3  三維圖像分割 　 3.3.1  基本方法 　 3.3.2  基于邊界和模糊集理論的三維圖像分割 　 3.3.3  基于幾何矩的結(jié)構(gòu)檢測方法與應(yīng)用 　 3.3.4  基于形變模型的圖像分割方法  　3.3.5  基于水平集的圖像分割方法  3.4  三維骨架化處理 　 3.4.1  拓撲細化方法  　3.4.2  Voronoi圖方法  　3.4.3  距離變換方法  3.5  基于三維影像的測量 　 3.5.1  三維人機交互 　 3.5.2  三維距離測量 　 3.5.3  交互式面積與體積測量  3.6  小結(jié)  參考文獻4  多模式圖像數(shù)據(jù)配準  4.1  前言  4.2  圖像配準問題  4.3  圖像畸變的影響  　4.3.1  圖像的幾何畸變  　4.3.2  圖像的灰度畸變  　4.3.3  圖像離散化的影響  　4.3.4  不同成像野的影響  4.4  圖像配準參數(shù) 　 4.4.1  空間維數(shù)和變換域 　 4.4.2  配準基元類型和圖像模式 　 4.4.3  變換形式和變換參數(shù)求取 　 4.4.4  配準方法分類  4.5  圖像變換類型  　4.5.1  剛體變換  　4.5.2  仿射變換  　4.5.3  全局多項式變換  　4.5.4  分段多項式變換  　4.5.5  圖像像素值變換  4.6  剛體配準方法  　4.6.1  基于幾何特征的方法  　4.6.2  基于體元相似性測度的方法 　 4.6.3  異模式配準問題 　 4.6.4  二維／三維圖像配準  4.7  配準中的優(yōu)化方法　　4.7.1  局部優(yōu)化方法簡述  　4.7.2  全局優(yōu)化方法簡述  4.8  非剛體配準問題 　 4.8.1  基于標志點的薄板樣條方法  　4.8.2  基于相似性測度方法  　4.8.3  不同主體間的配準  4.9  配準精度問題 　 4.9.1  剛體點集配準誤差 　 4.9.2  視覺評估  4.10  結(jié)論  參考文獻5  三維圖像顯示  5.1  前言  5.2  計算機圖形學(xué)基本原理  　5.2.1  三維坐標變換  　5.2.2  光照模型 　 5.2.3  顏色模型與應(yīng)用 　 5.2.4  視見變換  5.3  醫(yī)學(xué)圖像顯示技術(shù) 　 5.3.1  二維圖像的生成與顯示 　 5.3.2  三維圖像的生成與顯示  5.4  表面表達與繪制方法  5.5  體積表達與繪制方法  　5.5.1  光線跟蹤方法  　5.5.2  Shear warp算法  　5.5.3  有關(guān)各種顯示方法  　5.5.4  傅里葉體積繪制方法  5.6  基于硬件紋理映射的三維圖像繪制  　5.6.1  投影疊加算法  　5.6.2  硬件紋理映射算法  5.7  直接體繪制中的轉(zhuǎn)換函數(shù)及其交互設(shè)計  　5.7.1  轉(zhuǎn)換函數(shù)  　5.7.2  轉(zhuǎn)換函數(shù)的設(shè)計  5.8  立體顯示  　5.8.1  立體視覺顯示方式的分類  　5.8.2  立體視覺的工作原理  　5.8.3  立體視覺的實現(xiàn)方法  5.9  多模式數(shù)據(jù)的融合顯示  　5.9.1  二維融合顯示  　5.9.2  三維融合顯示  5.10  小結(jié)  參考文獻6  虛擬現(xiàn)實技術(shù)與仿真影像  6.1  序言  6.2  應(yīng)用概況 　 6.2.1  放射治療計劃與模擬  　6.2.2  計算機輔助血管內(nèi)放射治療  　6.2.3  仿真內(nèi)窺鏡的應(yīng)用  　6.2.4  外科術(shù)前計劃和模擬  　6.2.5  神經(jīng)外科手術(shù)中的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)  　6.2.6  醫(yī)學(xué)教學(xué)與培訓(xùn)  　6.2.7  虛擬解剖術(shù)  　6.2.8  增廣現(xiàn)實外科手術(shù)  　6.2.9  遠程會診與手術(shù)  　6.2.10  其他方面的應(yīng)用  6.3  三維數(shù)據(jù)漫游  　6.3.1  通用模型  　6.3.2  傳感器模型  　6.3.3  數(shù)據(jù)漫游  　6.3.4  三維數(shù)據(jù)漫游系統(tǒng)  6.4  虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)框架 　 6.4.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　6.4.2  虛擬攝像機模型的定義  　6.4.3  成像  　6.4.4  虛擬內(nèi)窺鏡的系統(tǒng)要求  　6.4.5  自動漫游與路徑設(shè)計  　6.4.6  CAVE模型  　6.4.7  偽彩色處理  6.5  增廣現(xiàn)實  　6.5.1  增廣現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實  　6.5.2  增廣現(xiàn)實系統(tǒng)  6.6  人機交互技術(shù) 　 6.6.1  典型的虛擬現(xiàn)實顯示裝置 　 6.6.2  交互裝置  6.7  存在的問題與挑戰(zhàn)  　6.7.1  臨床應(yīng)用問題 　 6.7.2  虛擬環(huán)境逼真度問題  　6.7.3  虛擬活檢參考文獻

章節(jié)摘錄

1 概論：1.1 前言：傳統(tǒng)的生物學(xué)與醫(yī)學(xué)在很大程度上是建立在對活體結(jié)構(gòu)的觀察及其各種特性（如其功能）的測量的基礎(chǔ)之上，這些觀測通常又是以圖像的形式記錄下來。從顯微鏡的發(fā)明到X射線的發(fā)現(xiàn)，醫(yī)學(xué)臨床與研究人員大量地使用圖像進行診斷和輔助治療，運用圖像來更好地理解一些生理的與生物的基本性質(zhì)。生物醫(yī)學(xué)影像的價值與其成像對象、醫(yī)學(xué)臨床與研究的興趣與目的及其用途等緊密相關(guān)。在生物科學(xué)中，研究人員利用可視化技術(shù)研究解剖組織結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系；在醫(yī)學(xué)臨床實踐中，臨床人員采用可視化技術(shù)來檢測和治療影響或有損于正常生命進程的疾病或損傷。傳統(tǒng)意義上的可視化通常是通過外科手術(shù)或活檢等手段進行直接觀測，或通過某種額外的心理上的重建過程來完成的間接的觀測。在近20多年中，隨著各種新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的臨床應(yīng)用，醫(yī)學(xué)診斷和治療技術(shù)取得了很大的發(fā)展。在過去的30年中，醫(yī)學(xué)成像取得了巨大的發(fā)展，20世紀七八十年代分別出現(xiàn)的X射線計算機斷層掃描成像（computerassistedtom0一graphy，X-CT）和磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）等成像技術(shù)，為真正的三維醫(yī)學(xué)圖像提供了數(shù)據(jù)源，解決了二維圖像所包含的信息不能對治療做出準確診斷和定量規(guī)劃的問題。計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和計算能力的大幅度提高，為多維生物醫(yī)學(xué)體積數(shù)據(jù)的重建和繪制提供了有效快捷的手段。盡管在獲取圖像的分辨率、系統(tǒng)的自動分析和臨床應(yīng)用方面還有許多不足，但不論在分析和顯示方海還是在處理、存儲和計算機通信等方面都有很大的進步，三維甚至四維醫(yī)學(xué)成像模式為醫(yī)學(xué)診斷、治療和研究提供了全新的、功能強大的手段和技術(shù)。目前，各種影像和信號提供了大量與診斷和治療相關(guān)的信息，然而對這些信息有效運用和組織的手段卻遠遠不足，加上現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已逐漸集中于“感官一決策一行動”模式，仿真影像學(xué)給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診斷和治療提供了一種新的思維模式，很大程度上改變了其盲目性。因此，相關(guān)的實用系統(tǒng)正在不斷地出現(xiàn)，如虛擬內(nèi)窺鏡、計算機影像引導(dǎo)手術(shù)和治療系統(tǒng)等；同時，各種新方法研究和系統(tǒng)開發(fā)也成為近年來的研究熱點，如觸覺等感知仿真、組織建模尤其是動態(tài)軟組織建模、各種手術(shù)或教學(xué)仿真系統(tǒng)等。

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