论文总字数：17428字

摘 要

医学影像三维再现重建主要是将连续的二维医学影像和断层图象综合成为身体数据并用三维影像的方法通过显示表现出来,以加强医师对于器官组织结构和疾病病灶三维表征形态的观测与理解,有利于改善和提高患者临床诊断的精度和准确率。在现代医学的应用中,医生只能通过二维医学上的断层影像很难从单个或多个三维空间建立立体化的结构,容易导致病变定位失误。利用三维图像重建技术可以准确地向医师和患者输送出反映人体各个器官的三维图像,为医师和患者提供具有逼近和真实感的三维图像和视觉效果,极大地改善了医学疾病诊断的精度和科学性,在现代医学领域中也具有十分重大的意义,其所需要从事的研究领域涉及面很大,且它们已涵盖多个学科之中,是目前我国科学界正在研究的一个课题和热点。

医学物体图像三维物体再现的获取重建合成技术主要包括有三维合成步骤，包括通过获取和重建实现三维医学物体图像、预处理、组织物和器官的三维切削和微分割和材料提取、构造医学物体三维数据库和三维物体模型。其中对于三维目标图像图片进行分割预处理工作是三维目标图像分割重建完成系统的第一个首要完成环节也甚至可以说说它是一个关键的完成步骤，预处理的最终结果直接地就会影响着系统得到了图像分割的整体效果，而且对于目标三维图像进行分割的数据准确性和图像质量则直接地会影响着该重建系统三维目标图像分割重建系统过程的整体性。

本文即是按照如上所述三维图像的预处理知识，构建了一个三维图像处理前的一系列运算方法。本文简要地介绍了这一课题的主要研究工作流程,概述了与数字图像处理技术密切相关的原理,详细地介绍了各种应用于图像处理运行过程中的各种算法及其实现方案,并且详细地记录了各种算法设计和优化的全部过程。

关键词：三维重建；图像增强；滤波；预处理。

Research on Preprocessing Algorithm of 3D reconstruction of spiral CT scanning image

Abstract

The three-dimensional reconstruction of medical image is mainly to synthesize the continuous two-dimensional medical image and the fault image into body data and display it by 3D image, so as to strengthen the doctor's observation and understanding of the three-dimensional representation of organ tissue structure and disease lesions, and to improve and improve the accuracy and accuracy of clinical diagnosis. In the application of modern medicine, it is difficult for doctors to establish stereoscopic structure from single or multiple 3D space by two-dimensional medical fault image, which leads to the location error of lesions. The 3D image reconstruction technology can accurately convey the 3D images reflecting the organs of human body to doctors and patients, provide the doctors and patients with 3D images and visual effects with close and true sense, greatly improve the accuracy and scientificity of medical disease diagnosis, and also have great significance in the field of modern medicine, The research fields that they need to engage in are very large, and they have covered many subjects, which is a subject and hot spot in the scientific field of our country.

The technology of 3D object reconstruction and synthesis of medical object image mainly includes three-dimensional synthesis steps, including three-dimensional medical object image, preprocessing, 3D cutting and micro segmentation of tissue and organ and material extraction through acquisition and reconstruction, and construction of three-dimensional database and 3D object model of medical objects. The first step to complete the system is to preprocess the 3D target image image. It can even be said that it is a key step. The final result of preprocessing will directly affect the overall effect of image segmentation, The accuracy and quality of the data of the 3D image segmentation will directly affect the integrity of the process of the system.

This paper is to construct a series of operation methods before the three-dimensional image processing according to the preprocessing knowledge of the three-dimensional image. This paper introduces the main research flow of this subject, summarizes the principle closely related to digital image processing technology, introduces various algorithms and their implementation schemes in the process of image processing operation in detail, and records the whole process of design and optimization of various calculation methods in detail.

Key words: Three-dimensional Reconstruction; Image Enhancement; Filter; Preprocessing.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究情况 2

1.2.1 国外研究情况 2

1.2.2 国内的研究现状 3

1.3 论文章节结构 4

第二章 方案的选取与论证 6

2.1 备选方案概述 6

2.2 OpenCV简介（方案一） 6

2.3 MATLAB图像处理简介（方案二） 6

2.4 方案总述 6

第三章 图像灰度化与二值化处理 7

3.1 数字图像灰度化 7

3.2 数字图像二值化 7

3.2.1相关阐述 7

3.2.2具体算法实现 7

第四章 图像膨胀与腐蚀 9

4.1 图像的膨胀 9

4.2 图像的腐蚀 10

第五章 图像边界追踪与填充孔洞 12

5.1 图像的内外边界追踪 12

5.1.1 图像的内边界追踪 12

5.1.2图像的外边界追踪 13

5.2 图像的孔洞填充 13

第六章 总 结 15

6.1 文章总结 15

6.2 未来展望 15

致 谢 16

参考文献 17

绪 论

1.1 研究背景

随着互联网和电子医学技术的不断推动其进步和发展,医学影像所产生的必然性和可靠性需要向人们提供的大量数据和资料对于当今的现代医疗已经越来越重要,医学影像通常是在我们进行疾病的确诊和选择自己可以治疗的手段、措施等各个环节中都会扮演一个决定性角色。由于这种医学电视影片是为了能够直观、客体地反映一个病人和患者的正常身体情况,能够尽量地向专业的医师或者是临床检查工作人员提供一些有关病人和患者正常身体的资料,从而更好地使得医生和患者的自我诊断准确性和精度大幅提高,所以医学影片在现代医学中占据的位置是一个极其重要的。医学电子图像的信息分析和图像处理近年来在现代我国医学得到了越来越多的研究发展,但是由于现代医学电子图像分析设备的信息获得环境条件、成像运动机理和医学显示装置等诸多客观因素的双重影响,使得一般人眼很难直接地对其做出准确的图像判定。随着我们现代医学信息电子科学技术的不断进步和经济飞速发展已经改变了这一现实状况,通过先进的眼科医学临床图像诊断处理分析技术使它能够有效地不断改善人类医疗临床图像的视觉清晰度,抑制不重要的图像内容,凸显其中重要性的内容,以及能够适应用于人类医疗机器的自动图像分析和对应的人眼自动观察,这无疑问就是极大地提高了我们眼科医生的医疗临床图像诊断处理工作的技术正确性和临床科学性的精度。

图像重建再现技术是在泛指通过先进的临床医学数据成像处理系统技术来准确实现对提高目标临床检测和质量所使用需要的医学数据资源进行图像重建,并将这些重建数据进行综合整理起来然后进行数学计算和图像处理,最终可以形成一张医学图像。在对于现代放射医学的实际应用中,人们只是直接使用二维影像断层扫描影像很难以准确建立三维空向的立体影像结构,容易出现导致放射病变早期定位的图像失真和结构畸变。将所有快速获得的一个连续性新型人体薄膜断层影像数据和所有连续性人体断层图象影像处理资料一起进行了信息整合和数据分析,仅通过断层影像信息处理分析技术就已经可以快速获得一个新的人体切层影像位置及其移动方向。因此,将二维断层的图像直接地转化成三维的图像或将断层的图像直接地合成成一个体积大小的数据并通过屏幕显示出来变成三维的图像,以增进人们对于器官的解剖结构及其病灶三维表现形态的观测与理解,有利于改善和提高临床医学计划的精度和准确率。这样的处理我们叫做图像的三维重建或者说是一个图像的三维可视化。常见的三维影像显示形式可视化显示的主要内容包括三维曲面影像显示、多媒体平面影像再现、最大视角密度三维投影、表面三维阴影影像显示、虚拟物内镜片。另外我国现在还有一些关于医学影像三维可视化是通过专门的三维扫描技术和手段方式来实现对人体信息传输,把所有关于人体信息直接地进行了二维化和信号处理后而形成的三维结构,如 mri 容积扫描。[1]而且这类图像可视化的方法不同于一般利用断层技术来对其进行图像再现的方法,并没有实质性的差异。虽然三维可视化显示的方式比较多,但其中最常见的根本算法仅仅包括两种:身物画面的绘制和脸部画面的绘制技术,而且三维可视化重建的医疗影像也是现代可视化医疗影像处理技术的一个非常重要的分支。其发展彻底空出了现代化医疗工作者的传统诊断模型。这种传统电子影像手段仅仅能够直接从电脑上获得某一个特定的人体生长点某一断层上的二维图像信息,然后由医师在电脑上通过显示器或者屏幕观察到二维图像。计算机科学技术的进一步现代化和信息科技的飞速发展极大地推动了我们在互联网上的广泛应用,并且我们已经利用先进的三维影像技术手段和网络中的三维影像的再造与重建信息处理技术实现了第一维图形或二维影像的信息实施三维图形的再造与重建,再造后我们即时地可对所有需要的三维影像进行任意缩小、放大、旋转、对比和自动调节等信息化的处理,使得越来更多的专业医疗服务技术人员和其工作者都希望能从一个多层次、多方位的影像观测角度详细地对各种影像信息资料和相关信息的大量数据资料进行了分析和观察,可以有效地帮助于医生们对各种发生病变的物体和其它对于他们感兴趣的领域或地区所需要的物体进行稳定性甚至准确的定量分析,这不但对于提高影像资料的综合利用具有深刻的现实意义,而且将会大大增强临床检查诊断的精准性和诊疗的正确性。因此,目前世界上许多地区和国家的医疗技术科研机构都在努力地从事该技术领域的开发和研制工作,并且已经研究生产了许多专门针对临床、功能简便的医疗图像分析和信息化处理的系统。也正是由于医学影像的分析与处理在现代医学中的应用对于临床医学研究的发展具有很强的推动和积极作用,医学影像的分析与处理技术的研究也逐渐得到了全球范围内的广泛重视。医学影像三维重建的算法和三维图像在一个二维位置上的成像模型方式密切相关,想要对一个人物或者其他影像进行一个三维重建就必须根据三维图像重建要求来采取具有一个特定数据扫描的方式。为了能够得到更广泛地讨论三维模型的重建,将不会考虑到数据采集的方式及戍像系统的问题。

1.2 国内外研究情况

1.2.1 国外研究情况

国外在医学图像三维重建方面的研究比国内早,并取得了巨大的成果。主要成果如下:[2]

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