醫(yī)學圖像編程技術(shù)

前言

醫(yī)學圖像編程門檻較高，入門較難。一般是采用VC++6.0來開發(fā)的，其開發(fā)周期很長，代碼難以維護，特別是三維顯示速度較慢，質(zhì)量較差。使用OpenGL以后，其三維繪制速度有較大程度提高，顯示質(zhì)量也得到了不斷改善，但醫(yī)學圖像編程困難的問題并沒有得到根本解決。要想解決這一問題，首先程序員應對醫(yī)學圖像文件格式有一定的認識。醫(yī)學圖像是二維序列組，原來各廠商的圖像格式均不一樣，但現(xiàn)在已制訂了統(tǒng)一的標準DICOM，因此要想進行圖像編程先要懂得如何讀/寫DICOM圖像。其次，用VC來顯示一幅圖像并不容易，好在現(xiàn)在已有許多數(shù)字圖像編程的書籍介紹如何來顯示一幅二維圖像。當然，能顯示一幅就能顯示多幅，這里所介紹的醫(yī)學圖像便是序列二維圖像組。再次，醫(yī)學圖像需要顯示三維，這就需要在二維序列圖像間插值，以進行三維重建和繪制。因此，程序員還要懂計算機圖形學?，F(xiàn)在已經(jīng)有一些書中用OpenGL來講解和演示計算機圖形學了。美國Kitware公司于1998年推出了“三維可視化工具箱”Visualization Toolkit（VTK），希望用簡單的代碼來實現(xiàn)三維可視化編程工作。2002年，它又推出了“醫(yī)學圖像分割與配準工具箱” Insight Segmentation and Registration Toolkit（ITK），封裝了最常用的醫(yī)學圖像處理算法。不過它沒有可視化算法，因此ITK必須與VTK聯(lián)合使用，只有這樣才能實現(xiàn)醫(yī)學圖像的三維可視化編程。Kitware公司于1998年使用VTK和ITK成功開發(fā)出了3D Slicer，以應用于圖像引導下的治療。2003年，該公司成功開發(fā)出“圖像引導下的手術(shù)工具箱”Image-Guided Surgery Toolkit（IGSTK），將醫(yī)學圖像應用于手術(shù)計劃和手術(shù)導航場合。本書的詳細內(nèi)容如下所示。第1章詳細介紹了VTK和ITK的混合安裝使用，并給出了一個簡單編程例子，演示了如何使用VTK、ITK、CMake來編程，從而最終顯示出一幅醫(yī)學圖像。第2章通過編程范例來說明了三維可視化編程的一些概念，如相機、觀察員、渲染、光照、交互器、讀取器、過濾器等編程對象，并對每個對象給出了其1～2個范例。另外，本章還分別在API和MFC下給出了醫(yī)學圖像編程的例子。第3章描述了VTK和ITK使用的數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)屬性，并對由各種數(shù)據(jù)集構(gòu)成的對象進行了顯示，還演示了讀/寫和導入/導出數(shù)據(jù)集。第4章講解了VTK可視化算法，演示了顏色映射、標量映射、抽取輪廓、等值面著色、圖形符號、流線、流面、剪切、剪裁、探測、紋理等繪制方法，并給出了運行結(jié)果。第5章演示了圖像數(shù)據(jù)及其處理。本章主要介紹了醫(yī)學圖像經(jīng)常用到的一些技術(shù)，如數(shù)據(jù)創(chuàng)建、圖像顯示、圖像直方圖、圖像分割、圖像平滑、重采樣、軸排列、軸翻轉(zhuǎn)、重切片等。本章最后演示了體繪制，并給出了運行結(jié)果。第6章使用VTK+MFC開發(fā)了一個醫(yī)學圖像軟件界面，其主要功能包括讀寫DICOM圖像、顯示三個正交面（橫斷面、矢狀面、冠狀面）、三維體繪制。第7章介紹了醫(yī)學圖像軟件，其中包括VTK Designer、MIPAV、3D Slicer。首先，本章演示了如何用VTK Designer創(chuàng)建VTK流水線應用程序。其次，演示了如何使用MIPAV軟件將腦圖譜與結(jié)構(gòu)像進行融合。最后，應用3D Slicer軟件演示了兩個例子：一是三維可視化（腦組織和血管），包括圖像裝載、分割、三維顯示、保存場景；二是圖像引導下的治療，包括腫瘤模型、結(jié)構(gòu)像、功能像、腦圖譜融合、彌散張量成像和纖維束跟蹤等。本書中的醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)和編程范例在隨書攜帶的光盤中，可供讀者運行和上機實驗。本書既可作為醫(yī)學影像學專業(yè)高年級本科生和研究生的教材，也可作為大學教師、公司研發(fā)人員、碩博研究生進行醫(yī)學圖像研究時的參考書。限于作者水平，書中難免存在錯誤，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　本書是醫(yī)學圖像編程的入門級教材和參考書。本書通過一個個由淺入深的編程范例，介紹了如何使用三維可視化工具箱VTK和醫(yī)學圖像分割與配準工具箱ITK進行三維醫(yī)學圖像編程。本書的主要內(nèi)容包括VTK與ITK的聯(lián)合安裝和使用、VTK編程入門范例、VTK的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、VTK的可視化算法（包括顏色映射、抽取輪廓、剪切、紋理等）、VTK的醫(yī)學圖像處理功能（包括圖像分割、圖像平滑、重切分、體繪制等）、VTK的綜合應用等。本書最后介紹了常用醫(yī)學圖像處理軟件MIPAV、3D Slicer在結(jié)構(gòu)像、功能像、腦圖譜、彌散張量成像和纖維束跟蹤等方面的應用。    本書可作為醫(yī)學影像學專業(yè)高年級本科生和研究生教材，也可作為大學教師、公司研發(fā)人員、碩博研究生進行醫(yī)學圖像研究時的技術(shù)參考書。    本書中的醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)和編程范例在隨書攜帶的光盤中，可供讀者運行和上機實驗。

書籍目錄

第1章  安裝VTK和ITK   1.1  VTK的安裝 　　1.1.1  獲取安裝資源 　　1.1.2  安裝步驟 　　1.1.3  測試安裝結(jié)果   1.2  ITK的安裝 　　1.2.1  獲取安裝資源 　　1.2.2  安裝步驟 　　1.2.3  測試安裝結(jié)果   1.3  ITK與VTK的混合測試 　　1.3.1  創(chuàng)建一個新目錄 　　1.3.2  編寫一個CmakeLists.txt和myProject.cxx文件　　1.3.3  配置CMake 　　1.3.4  編譯和運行 第2章  范例   2.1  入門范例——渲染一個圓錐   2.2  相機范例   2.3  命令/觀察員范例   2.4  多個渲染器范例   2.5  管理屬性和變換范例   2.6  光照范例 　　2.6.1  范例一 　　2.6.2  范例二   2.7  交互器范例   2.8  3D小工具（Widget）范例 　　2.8.1  盒子小工具（BoxWidget）范例 　　2.8.2  滑塊小工具（SlideWidget）范例   2.9  讀取器范例   2.10 過濾器的簡單范例   2.11 醫(yī)學范例 　　2.11.1  范例一 　　2.11.2  范例二 　　2.11.3  范例三   2.12  與Windows GUI的集成范例1—API   2.13  與Windows GUI的集成范例2—MFC 　　2.13.1  與對話框應用程序集成的范例 　　2.13.2  與單文檔（SDI）應用程序集成的范例 　　2.13.3  與多文檔（MDI）應用程序集成的范例 第3章  數(shù)據(jù)集與數(shù)據(jù)屬性   3.1  數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)   3.2  數(shù)據(jù)集的屬性   3.3  各種數(shù)據(jù)集類型 　　3.3.1  多邊形數(shù)據(jù)集 　　3.3.2  結(jié)構(gòu)化點數(shù)據(jù)集 　　3.3.3  矩形網(wǎng)格數(shù)據(jù)集 　　3.3.4  結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)集 　　3.3.5  非結(jié)構(gòu)化點 　　3.3.6  非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格   3.4  快速生成簡單數(shù)據(jù)集 　　3.4.1  程序化生成簡單多邊形數(shù)據(jù)集 　　3.4.2  采樣隱函數(shù)生成結(jié)構(gòu)化點數(shù)據(jù)集   3.5  數(shù)據(jù)集簡單算法 　　3.5.1  點、單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 　　3.5.2  數(shù)據(jù)重組 　　3.5.3  數(shù)據(jù)追加   3.6  數(shù)據(jù)集的讀寫 　　3.6.1  讀取器 　　3.6.2  寫入器 　　3.6.3  其他數(shù)據(jù)接口 第4章  可視化算法   4.1  顏色映射   4.2  標量的生成—坐標投影   4.3  抽取輪廓   4.4  給等值面著色   4.5  圖形符號   4.6  流線   4.7  流面   4.8  剪切（Cut）   4.9  剪裁（Clip）   4.10  探測（Probing）   4.11  紋理映射 137第5章  圖像數(shù)據(jù)集及其處理   5.1  圖像數(shù)據(jù)集與結(jié)構(gòu)化點數(shù)據(jù)集   5.2  手動創(chuàng)建圖像數(shù)據(jù)集   5.3  顯示圖像數(shù)據(jù)集 　　5.3.1  圖像查看器vtkImageViewer 　　5.3.2  圖像演員vtkImageActor   5.4  程序化生成圖像數(shù)據(jù)集   5.5  圖像處理 　　5.5.1  標量邏輯運算 　　5.5.2  標量數(shù)學運算 　　5.5.3  標量偏移倍乘 　　5.5.4  標量映射顏色 　　5.5.5  基于標量值的翹曲 　　5.5.6  標量統(tǒng)計 　　5.5.7  圖像分割 　　5.5.8  圖像梯度 　　5.5.9  圖像平滑 　　5.5.10  頻域處理 　　5.5.11  圖像縮放 　　5.5.12  圖像軸排列 　　5.5.13  圖像軸翻轉(zhuǎn) 　　5.5.14  圖像重切片   5.6  體渲染 　　5.6.1  體渲染的不同之處 　　5.6.2  體渲染的前提—映射出顏色值和不透明度 　　5.6.3  一個簡單的體渲染例子 　　5.6.4  兩個關(guān)鍵對象 第6章  顯示DICOM序列文件的實例 第7章  醫(yī)學圖像處理的相關(guān)軟件 參考文獻

章節(jié)摘錄

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《醫(yī)學圖像編程技術(shù)》是由電子工業(yè)出版社出版。

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