基于GPU的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的可視化將大量的組織斷層圖像重建為具有真實感的三維立體模型，在輔助醫(yī)生診斷、手術(shù)導(dǎo)航和引導(dǎo)治療等方面具有重要的作用。目前的可視化技術(shù)分為面繪制和體繪制，其中體繪制技術(shù)能夠?qū)⑽矬w中的細(xì)微結(jié)構(gòu)和細(xì)小變化真實地顯示出來，具有圖像質(zhì)量高、便于并行處理等優(yōu)點，應(yīng)用更為廣泛。本文對影響體繪制算法成像質(zhì)量及成像速度的關(guān)鍵因素進(jìn)行深入研究，針對其中存在的問題提出了一些改進(jìn)措施，從而滿足醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化的要求。
　　傳遞函數(shù)的設(shè)計是影響體繪制

2、算法成像質(zhì)量的重要因素，好的傳遞函數(shù)能突出顯示數(shù)據(jù)集中的感興趣區(qū)。一維傳遞函數(shù)設(shè)計簡單，但難以區(qū)分復(fù)雜的醫(yī)學(xué)組織，而現(xiàn)有的多維傳遞函數(shù)設(shè)計中需要用戶選擇更多參數(shù)，增加了接口的復(fù)雜性。本文將數(shù)據(jù)分析和圖像引導(dǎo)的傳遞函數(shù)設(shè)計方法結(jié)合起來，首先利用體直方圖對原始體數(shù)據(jù)的灰度值、一階、二階方向?qū)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計，通過對體直方圖的分析確定不同對象的邊界，產(chǎn)生具有較好組織區(qū)分度的多維傳遞函數(shù)。同時，針對現(xiàn)有多維傳遞函數(shù)設(shè)計接口的復(fù)雜性，提出基于劃線的交互

3、方式，使傳遞函數(shù)的設(shè)計更直觀并且符合用戶特定的觀察需求。
　　光線投射算法是現(xiàn)有體繪制算法中成像質(zhì)量最好的一種，但由于計算量大，對于大型數(shù)據(jù)集的重建難以達(dá)到實時交互的要求。本文利用可編程圖形處理器GPU的強(qiáng)大計算能力，將原本基于CPU軟件實現(xiàn)的光線投射算法完全移植到GPU端實現(xiàn)，并且實現(xiàn)了逐像素的光照效果，在提高渲染圖像質(zhì)量的同時保證了交互的實時性。同時，針對現(xiàn)有光線投射算法在體數(shù)據(jù)與幾何體混合體繪制時產(chǎn)生的錯誤遮擋關(guān)系，利用幀緩