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中北大学2010届毕业设计说明书

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今天的图形处理单元可以为普通台式电脑

提供复杂的医学影像可视化

医学成像系统，如CT，MRI和超声正变得无处不在。随着技术变得更为普遍，它

还在继续成熟。每年出现的有效的影像应用都会对诊断和监测疾病有用。正是这方面的

需要导致医学成像系统的发展和应用。

在过去的十年中一系列发展与日俱增，导致影像数据在规模和复杂性方面急剧增

加。举例来说，必威体育精装版型的CT扫描仪可以同时由64层切片生成图像。然而，256层CT

扫描仪正处于研发阶段，在未来两年内计划展开。同样，在MRI方面，新的并行阵列

的成像线圈可以在扫描的过程中收集日益庞大的数据量。

解释这些大量的、复杂的医学图像数据将越来越需要强大的三维可视化工具。诊断

的解释在很大程度上依然是定性的、主观的和容易随观察人员而变化的。

最近的计算及临床协作已经在一种新型软件中取得成果。这种新型软件能够在标准

台式机和笔记本电脑系统中实时、高品质地体绘制医学图像数据场，利用先进的硬件控

制必威体育精装版的一代图形密集型电脑游戏。目标是要提供定量、客观和可靠的评估，以帮助改

善现代医学影像的准确性和实用性。

体可视化

传统的体可视化是使用一种所谓的“光线投射”的数学方法来绘制一个三维数据量

的二维图像。从在投影图像中的每个像素出发，发出一条射线沿视线方向穿过的三维数

据场。沿着这条射线对图像数据采样，以在二维投影图像上产生最终的颜色和不透明度。

根据样本成分改动公式可以对模型产生影响，如光照和不透明度。但是，这种方法

计算昂贵，要求计算机的中央处理单元执行大部分工作，以生成图像。

我们和加拿大艾伯塔(Alberta)卡尔加里(Calgary)大学计算机科学系的同事开发了一

种从三维数据场绘制二维图像的技术（图1）。卡尔加里科研机构计划让由此产生的软件

商品化，我们称这种商品为resolutionRD。

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图1如上所述，软件技术可以快速绘制三维图像数据场并适合用户的需要。在这幅考察血管的

CT血管造影图中，该软件提供简单的纹理（左），最大密度投影（中）和具有光影效果的全彩色表

面绘制（右）。

该技术应用了的必威体育精装版的关于（GPU）研究进展。，现代绘图设备使用专用流水线型

硬件设计和大规模并行性，可以每秒绘制百万计的纹理多边形。许多通用的算法利用现

代的图形处理器巨大的浮点处理能力也得到了发展。

我们用这些新功能，以帧速率进行了高品质的三维可视化。这两三年前是难以想象

的。例如，我们可以对超过一亿的体素（512×512×512分辨率）用廉价的“游戏”绘图卡

在台式机和笔记本电脑系统上绘制CT，MR和其他医学图像数据场。这使临床医生和

研究人员可以在一个充分的三维环境中以交互方式探索图像数据，而不是看着假想的二

维投影。

多角度可视化

然而，一个新的算法的高效实现必须确保它能在临床应用中有效地应用。只有紧密

地、持断地与临床应用相整合，才能使我们了解他们最根本的需要，并提供实用的解决

办法。

结果是一个带有清洁及大大简化了的图形用户界面的软件（图2）。用户可以在数据

窗口中点击和拖动鼠标在三维层面旋转数据场。他们通过按住Option键，然后选择并拖

动，以移动弯弯曲曲的数据场。

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图2该软件被设计为简单、整齐的用户界面。

临床医生和研究人员往往需要从几个视角对图像数据场进行可视化，以获得高品质

的、具体的内部结构和器官。这两项要求可以并行不悖：整个数据场的可视化通常吻合

内部细节；消除模糊数据可以减少相关的重要信息。

医学插图启示了一种解决方法——一种新的实时绘制方法。医学插画往往提供与紧

密联系主体的视角，以