基于VTK可视化技术的人体肺部动态建模

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近年来,肺癌发病率和死亡率呈持续上升趋势,已成为威胁人类生命健康的主要疾病之一。放射治疗是肺部恶性肿瘤治疗方案之一,但由于人体呼吸运动的影响,导致肺部肿瘤位置动态变化,给肿瘤放射治疗带来了很大困难。因此揭示器官位移随呼吸运动的变化规律是放射肿瘤学中一直在探索的问题。把时间因素加入到CT图像的扫描和重建过程中,出现了四维计算机断层成像(4DCT,Four dimensional computed tomography)。与普通CT相比4DCT图像能够在全呼吸周期中真实的显示器官和肿瘤的空间形态,反映器官和肿瘤的运动规律,为研究呼吸运动对肺癌放疗的影响以及构建肺部动态模型提供了一个可行的手段。本研究的主要内容是利用4DCT图像实现人体肺部动态建模,其主要工作如下:(1)利用临床上获得人体肺部图像数据集,实现图像的配准、排序以及分割等处理,进而获得人体肺部轮廓和支气管组织结构的数据。(2)使用VTK(Visualization Toolkit)可视化工具包和Visual Studio2005相结合作为开发平台,实现了人体肺部动态建模系统的设计。(3)该系统对主要功能算法进行了封装,实现了任意路径下对JPEG或Dicom图像序列的读取功能。并采用了面绘制和体绘制两种不同的算法,分别绘制人体肺部各个时相的三维可视化模型,包括肺部轮廓和支气管。(4)利用人体肺部动态建模系统,重建出人体肺部各个时相的模型,通过对每个模型进行体积计算得到人体肺部体积-时相曲线图。通过系统的测距功能分析人体肺部运动,得到人体肺部在上下、前后和左右方向上位移距离图。本文设计的人体肺部动态建模系统,具有人机交互界面,能从任意角度按照任意比例对人体肺部模型进行观察,同时显示它们在空间上的位置关系。
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