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1、专 业 学 位 硕 士 学 位 论 文基于ITK和VTK的医学图像处理系统设计与实现Design and Implementation of Medical Image Processing System Based on ITK and VTK 作 者 姓 名： 封小云 工 程 领 域： 软件工程 学 号： 31117004 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2013年3月25日 大连理工大学Dalian University of Technology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内
2、容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目： 作 者 签 名 ： 日期： 年 月 日摘 要随着计算机断层扫描技术、核磁共振成像技术的出现和在临床上的使用，医学诊断和治疗技术取得了很大的进展。但是二维图像只能显示某个切面内像素之间的相关关系，而将二维断层医学图像序列通过一定的三维重建算法形成具有真实感的立体效果图像，通过人机交互界面，使用平移、缩放、旋转、透视、剖面等方法多角度全方位显示医学图像的内部复
3、杂结构，可以帮助医生客观、准确的进行病体观察和病因分析，进而指导手术或制订治疗计划和评估术后效果，提高医疗诊断和分析的准确性和可靠性。因此医学图像数据的处理有着重要的研究价值和广阔的应用前景。本文基于ITK和VTK类库，实现了医学图像的可视化设计，对系统各组成部分进行了分析和讨论。首先介绍了实现系统的相关技术，Qt主要负责系统中界面的设计，ITK类库用来读取医学图像并进行简单的处理，VTK主要是医学图像三维重建的开源系统，便于二次开发。接下来说明了医学数字成像及通信标准（DICOM）的文件格式，DICOM标准涵盖了医学图像的采集、归档、通信、显示及查询等。然后系统通过ITK读入医学图像并进行简
4、单地处理后，输出的结果连接到VTK的管道模型上进行医学图像的三维重建，将重建的结果嵌入到Qt编写的界面上进行显示，实现了系统人机交互界面和基本功能。最后总结、分析并实现了医学图像三维重建技术体绘制和面绘制。该系统主要实现的功能有DICOM文件序列矢状面、冠状面及横断面的三视图显示，通过与滑块的交互显示了所有切片序列，体数据的虚拟切割实现对特定部位内部结构的观察，面绘制和体绘制的三维重建，查看DICOM文件的多种相关信息，DICOM格式的图像转换为BMP和MHD格式的图像等。关键词：医学图像；三维可视化；DICOM；Qt；ITK；VTK Design and Implementation of
5、Medical Image Processing System Based on ITK and VTKAbstractWith the appearance and clinical application of the computer tomography technology and nuclear magnetic resonance imaging technology, medical diagnosis and treatment technology has made great progress. But 2D image can only display the rela
6、tionship between pixels in one direction. A series of 2D medical images (such as CT, MR, etc), via some 3D reconstruction algorithm, can be constructed to form a stereoscopic effect image. The image can be shifted, zoomed or rotated by the user. In addition, some special views are also applied, such
7、 as MIP(Maximum Intensity Projection), MPR(Multi-Planer Reconstruction). These functions assist doctors in observing the sick body and analyzing the causes objectively and accurately, even guiding the surgery or treatment planning and assessment of the operation result, which the medical diagnosis a
8、nd analysis can be improved accurately and reliably. Therefore, it is of great significance to research some crucial technology about medical image process.This paper, based on ITK and VTK library, realizes the medical image visualization and discusses each component of the system. First, the DICOM
9、(Digital Imaging and Communications in Medicine) standard which covers the medical images acquisition, archiving, communication, display and query, etc are analyzed and discussed. At the same time, the relevant technology of the system is introduced. Qt is mainly responsible for the design of the in
10、terface of the system. ITK (Insight Segmentation and Registration Toolkit) library is used for medical images reading and simple processing. VTK (Visualization Toolkit) is an open-source software system for image processing and visualization. Second, the 3D visualization system of medical image base
11、d on Qt, ITK and VTK has been developed. In implementation process, ITK read medical images and simple process. The results of the output connect to the VTK pipeline model and realize the three-dimensional reconstruction. Then the result of reconstruction is displayed in Qt interface. Thus it realiz
12、es human-computer interaction and basic functions. Finally, volume rendering and surface rendering in medical image are analyzed, summarized and realized. The system includes following functions: (1) the views of the Sagittal, Coronal and Axial of volume data; (2) the view of slice image by dynamica
13、lly sliding the QSlider of Qt; (3) cutting the volume data to achieve particular part of the internal structure; (4) 3D reconstruction of 2D medical image by means of the surface rendering and volume rendering; (5) view some information of DICOM file; (6) format conversion from DIOCM to BMP and MHD.
14、Key Words：Medical images; 3D visualization; DICOM; Qt; ITK; VTK目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 引言11.2 研究背景及应用意义11.3 研究内容和结构框架22 相关技术介绍42.1 Qt编程技术42.1.1 Qt编程技术简介42.1.2 Qt编程机制42.2 VTK库框架和在医学图像中的应用62.2.1 VTK库的框架结构62.2.2 VTK在医学图像处理中的应用82.3 ITK库简介和在医学图像中的应用92.3.1 ITK类库简介92.3.2 ITK在医学图像处理中的应用102.4 DICOM文件说明102.
15、5 本章小结123 系统需求分析和设计133.1 系统需求概述133.1.1 系统总体的设计目标143.1.2 系统总体的设计环境集成143.2 系统总体设计163.2.1 医学数据读取模块设计173.2.2 三维重建设计183.2.3 切割模块设计233.2.4 图片格式转换模块设计253.2.5 三个标准正交面显示模块设计263.2.6 DICOM图像信息浏览模块设计273.3 本章总结274 医学图像三维重建算法284.1 三维重建技术简介284.2 面绘制284.2.1 移动立方体法的基本原理294.2.2 MC算法实现步骤和存在的问题及改进314.3 体绘制324.3.1 体绘制的基本原理334.3.2 光线投射算法334.4 本章小结355 系统运行与测试365.1 系统界面365.2 系统运
