【摘要】：虛擬手術(shù)系統(tǒng)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,在計算機圖形學(xué)領(lǐng)域與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中都具有廣泛的應(yīng)用。肝臟是人體中重要的組織器官,同時每個個體的肝臟又各自存在著微小的差異,因此在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中突出肝臟的個性化有著重要的研究意義。本文便是從這一角度出發(fā),以人體的肝臟為研究對象,針對傳統(tǒng)方法中三維肝臟模型表面紋理映射技術(shù)無法突出個性化、出現(xiàn)失真現(xiàn)象、GPU占用率高、運算時間長等問題提出了一種紋理映射方法,其能夠獨立于網(wǎng)格表面,同一張紋理圖像可以應(yīng)用于不同分辨率的三維肝臟模型,同一種紋理映射機制也適用于多個相似形態(tài)的肝臟模型,充分體現(xiàn)出個性化所在。同時還提出了三維肝臟模型表面高質(zhì)量的參數(shù)化方法與網(wǎng)格分割方法,既能夠有效抑制紋理映射過程中所產(chǎn)生的失真扭曲現(xiàn)象,還可以減少GPU的占用率、優(yōu)化運算、縮短運算時間,提高紋理映射的實時性與交互性等。論文的主要工作與研究成果主要有以下幾個方面:(1)三維肝臟模型的構(gòu)建。利用可視化人體計劃VHP中的二維肝臟圖像進(jìn)行圖像濾波、分割、提取及三角形面片繪制等多個步驟進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像三維重建,構(gòu)建出本文后續(xù)紋理映射研究中所要使用的三維肝臟模型。整個過程在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上根據(jù)實際需求作出了相應(yīng)的改進(jìn),優(yōu)化了運算并構(gòu)造出了較好形狀的三角形網(wǎng)格,為本文的后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。(2)肝臟表面全局UV貼圖的構(gòu)建。提出了切割的方法將三維肝臟模型展開到二維的平面上以減少肝臟模型表面紋理映射過程中所產(chǎn)生的不可避免的失真現(xiàn)象。其以體素為基本單位,整個過程包含了體素化、空間映射、去除重疊與封裝等多個步驟。(3)基于體編碼的肝臟表面?zhèn)�性化紋理映射。其在三維肝臟模型表面體素的基礎(chǔ)上提出了一種高質(zhì)量的參數(shù)化方法,通過添加適當(dāng)?shù)募s束條件并引入能量表達(dá)式,最后轉(zhuǎn)化為一個最小二乘問題進(jìn)行求解。整個紋理映射過程兼顧了角度保護和面積保護,并應(yīng)用改進(jìn)的切線空間法線貼圖方法達(dá)成了個性化的映射效果。最后,本文設(shè)計了人性化、操作性強且具備良好擴展性的原型系統(tǒng),實現(xiàn)了各個模塊實驗內(nèi)容可視化的集成,并給出了相應(yīng)步驟的實驗結(jié)果與分析,驗證了核心章節(jié)理論算法的正確性及可行性。論文的最后提出了下一階段的工作展望與研究方向。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;R-05
【圖文】：

但是這種方法往往運算量過于龐大，對計算機各項性能都要求太高［１９］，目逡逑前并不是人體組織器官三維重建技術(shù)中的主流方法。醫(yī)學(xué)圖像三維重建過程框逡逑架如圖１－２所示。逡逑４逡逑

邐虛擬手術(shù)中肝臟表面?zhèn)�性化紋理映射方法研究邐逡逑還能減少ＧＰＵ占用率與運算量、縮短運行時間、提高實時性與交互性并且能逡逑夠充分體現(xiàn)出肝臟表面紋理映射的個性化。最后完成原型系統(tǒng)的搭建，并且在逡逑每一章節(jié)末尾都將給出本章理論內(nèi)容的實驗結(jié)果。本課題的基本研究框架如圖逡逑１－５所示。逡逑

逡逑圖２－１邋ＶＨＰ數(shù)據(jù)集中編號為ＤＲＣ１０Ｃ００１５１２的肝臟切片圖像逡逑醫(yī)學(xué)圖像的灰度層次豐富，先將肝臟圖像進(jìn)行灰度化處理再進(jìn)行后續(xù)的操逡逑作可以取得良好的效果。將肝臟圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖后緊接著要進(jìn)行圖像的濾波逡逑去噪處理，這是因為醫(yī)學(xué)圖像在采集或傳輸?shù)倪^程中經(jīng)常會受到各式各樣噪聲逡逑的影響和千擾，容易導(dǎo)致圖像生成噪聲［３５］，從而影響圖像分割的速度、效率和逡逑準(zhǔn)確率，因此，這一步驟十分關(guān)鍵也十分必要，去除噪聲的目的就是在不損壞逡逑圖像邊緣及輪廓等重要信息以及最大限度地保持原有圖像信息不變的情況下逡逑盡量降低圖像中的噪聲，從而達(dá)到改善圖像的目的［３６］。醫(yī)學(xué)圖像通常采用均值逡逑濾波等線性濾波的方法進(jìn)行去噪［３７］，但是線性濾波方法是一把雙刃劍，它既能逡逑有效去除強噪聲，但同時也會將圖像中一些有用的邊緣信息一并消除，例如這逡逑里采用均值濾波的方法就會使圖像的輪廓邊緣細(xì)節(jié)模糊化

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3 朱s

本文編號：2785505