利用MATLAB实现CT断层图像的三维重建

第13卷 第2期 CT 理论与应用研究 V ol.13No.2 2004年5

月 ＣＴ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＊收稿日期　

文章编号

２００４

董芳华

1

周 宏2

??oo

430074; 2 总后军需装备研究所

医学图像三维重建为人体结构提供了真实

便于医学人员对病灶的观察及手术

的进行

不易被非计算机专业人士所掌握

原理简单

在对头部CT 图片进行的三维表面重建及体重建实验中

显示效果良好

关键词表面重建

MATLAB

中图分类号

A

Three Dimensions Reconstruction of CT Image by MATLAB

ZENG Zheng 1

CHEN Xiao 2

ZHOU Jian-zhong 1

(1. College of Hydroelectricity & Digital Engineering, HUST, Wuhan 430074, China;

2. The Quartermaster Research Institute of the General Logistics Department of CPLA, Beijing 100088,China)

Abstract: Three dimensions reconstruction of CT image gives a intuitionistic image of body. It is convenient to observation and operation. But it is difficult to those people not major in computer. In order to solve this problem, how to reconstruct of CT image using image processing toolbox of MATLAB6.5 is discussed. MABLAB gives us a convenient method to reconstruct and acquires a good result. It can be mastered by anybody.

Key words: CT image; surface reconstruction; volume reconstruction; MABLAB

１ 引　言　

随着计算机科学技术的发展及其与其他各学科间的相互交叉渗透

CT

核磁共振扫描

等技术逐渐应用于临床医学

如何将这些二维数据转化为更容易被接受和处理的信息

三维重建技术的实现方法包括两种[2]

3??a±í?????¨3??aì????¨

±í?????¨????á?D?

μ???±??μ?ì2aμ?òa

?ó±è????

±ü?aá????¨1y3ì?D?ù?ì3éμ??±??o??￡

无论采用哪种重建方法

编程实现都是很困难的

2期曾筝等

本文介绍了基于MATLAB进行三维表面重建及体重建的方法方便三维重建步骤如图1所示

需要对原始图像进行预处理

消除或减少噪声的干扰

原始的CT图像是采用DICOM3.0标准进行存储的

因此必须进行图像格式的转换使用Visual C++6.0自行开发转换程序通过选择合适的窗宽将窗宽范围内的值通过线性或非线性变换转换为小于256的值

使用MATLAB中的图像读入函数imread( )í?ê±?éò?ê1ó?í???D′3?oˉêyimwrite( )及图像显示函数image( )

(2) 图像增强人为地突出输入图像中的某些信息

使输入图像具有更好的图像质量图像增强技术主要包括直方图修改图像边缘锐化及伪彩色增强等

灰度直方图均衡化

使得图像中较暗区域中的细节看不清楚

从而增大反差直方图均衡化在MATLAB 中使用histeq( )函数实现

照片或电子方法得到的图像

为此需要对图像中的每一个像素的灰度级进行标度变换以达到改善图像质量的目的

平滑与锐化滤波基本采用在空间域上的求平均值或中值在MATLAB中

可用fspecial( )函数创建预定义的滤波算子

26 CT 理论与应用研究 13卷

conv2( )函数在实现卷积运算的基础上进行滤波

其在除去图像中的孤立点

很好地保护了图像

的边缘信息在MATLAB 中使用medfilt( )函数实

现中值滤波[7]

??ê1?-ê?í???±?μ??????ú

±?óúèy?????¨μ?′|àí?°??ê?

è?

oó?-í?D?′|àí′ó???ù???-??ì?μ??????á11

??óúèy??±í?????¨??

??

为了便于面部边界的提取

去掉非有效区

支架等部分

图2a 为经过格式转换的头部断层图像首先采用逐行扫描图片的办法

找到图片边界上的一个点

然后从边界起点开始

如果某点为图片的边界点则记录下

直到获得所有的边界点

通过这种方法得到的轮廓曲线是以大量的点坐标形式存储

希望精简数据点

因此将图2b 中的面部边缘轮廓

曲线以中心点为极点转换到极坐标系中

将图像画入以极角[0,2e]为横坐标

如图3a 所示得到拟合后

的图像如图3b 所示

50

100

150

200

250

300

350

400

75 80

85

90

95

100

105

110

1

15

050100150200250300350400

7889910101111图3 切片边界展开图形

(b) 拟合后的边界曲线

(a) 拟合前的边界曲线

2期 曾 筝等

面部模型可以采用以下数学表示

n i b ,为各层边界曲线傅立叶级数拟合的系数

θ

θθπ

π

π

d n f b i n i sin )(1,∫

?=

?≥?≈″???″?? ″?±???∩??????≠??25个数据就可以表示

下面

(1) 重建数据的采集

求出边界上若干个点x

2￠?a???óé?êêμ±μ?z

坐标值

其中yo 初始值为a 0

consx=[consx;yo.*cos(xo)]; %将x

iLayer 为层数

(2) 边界轮廓曲线表面绘制

(3) 设置图像的颜色及阴影效果

light('Position',[-80,-262,-200],'style','infinite'); %利用light( )函数为图像设置光照效果 light('Position',[-500,-0,-4500],'style','infinite'); light('Position',[5000,100,-300],'style','infinite');

(5) 设置图像的显示效果

view(-144,20); %利用view( )函数定义观察者视角 lighting gouraud; %利用lighting 定义显示图像的光线阴影 axis equal; %利用axis 定义显示图像的轴

图4 头部CT 图像三维表面重建

(a) view(-144,20)

(b) view(3)

(c) view(-70,30)

28 CT理论与应用研究 13卷

当函数view(AZ,EL)取不同的值时其中AZ表示图像水平方向旋转的角度MATLAB6.5自行对view(2)和view(3)的方位进行了定义图4b为view(3)得到的图像

采用view( )函数可以从不同视角对三维重构图像进行观察

对头部切片进行表面重建由于采用上述的傅立叶级数拟合含有耳朵的CT图像层时所以对这些层进行处理时

从图4中可以看出

重建速度快但是面绘制的缺点是信息的丢失比较大

３ ＣＴ图像三维体重建　

体绘制通过计算所有体素对光线的作用得到二维投影图像

也不需要对切片的边界轮廓进行提取处理三维采样信号方便但是

运算速度较慢

介绍利用MATLAB进行头部CT图像三维体重建的过程

对现有的n幅头部CT图像数据进行三维数据集D的构造

ｙ

image1 = imread('01.bmp'); %使用imread( )函数读入现有的n幅图像

image2 = imread('02.bmp');

﹕

﹕

imagen = imread('n.bmp');

D

数据量大并且可能在计算中超出内存可以根据实际情况减少数据量

其中a c为x

?ù?Yêy?Y?é??×?DD?¨ò?fv = isosurface(x,y,z,D,isovalue); %使用isosurface( )函数计算数据集在显示平面累计投影

并对图像的颜

色其中fv是第(3)步中得到的

阴影及显示效果

2期 曾 筝等

ｙ

对头部切片

进行体重建

从图5中可以看出

实现体三维重建

但是体重建尽量保护了更多的表面信息

就能得到很好的重建及显示效果

并结合实际应用编程实现简单

大大提高了实验效率在医学图像三维重

建的其他领域内都可以运用上述方法来实现三维重建

在实际中有较为广泛的应用前景

[1] 庄天戈. CT 原理与算法[M]. 上海1993 6.

[2] 高艳

张军莉等. 基于物体空间序法的CT 图像三维重建算法的研究[J]. 北京生物医学工程２２（３）１８３．　

［３］　徐云翔胡拥军. 在Matlab 环境下实现体绘制法的生物切片图像的三维重建[J]. 计算机工程

２７（１２）１１５．　

［４］　王成波谢兵等. DICOM 图像与BMP 图像的转换研究[J].

医疗卫生装备１７．　［５］　张志涌等. 精通MATLAB6.5版[M]. 北京2003

1??3μ?é?o￡???§??ê?3?°?é?30?ˉD??÷200387??ìì?D200291

曾

筝

湖北武汉人

研究方向为图形图像处理

陈

晓

重庆人

现任总后军需装备研究所高级工程师

图5 头部CT 图像三维体重建

利用MATLAB实现CT断层图像的三维重建

作者：曾筝， 董芳华， 陈晓， 周宏， 周建中

作者单位：曾筝,董芳华,周建中(华中科技大学水电与数字化工程学院,武汉430074)， 陈晓,周宏(总后军需装备研究所,北京100088)

刊名：

CT理论与应用研究

英文刊名：COMPUTERIZED TOMOGRAPHY THEORY AND APPLICATIONS

年，卷(期)：2004,13(2)

被引用次数：22次

参考文献(8条)

1.庄天戈CT原理与算法 1993

2.高艳;唐晓英;张军莉基于物体空间序法的CT图像三维重建算法的研究[期刊论文]-北京生物医学工程 2003(03)

3.徐云翔;吴秀清;胡拥军在Matlab环境下实现体绘制法的生物切片图像的三维重建[期刊论文]-计算机工程 2002(12)

4.王成波;陈伟;谢兵DICOM图像与BMP图像的转换研究[期刊论文]-医疗卫生装备 2004(01)

5.张志涌精通MATLAB

6.5版 2003

6.章鲁;顾顺德;陈瑛医学图像处理 2002

7.李辉;蒋秀明;高殿斌Matlab语言在数字图像中值滤波中的应用研究[期刊论文]-天津工业大学学报 2003(01)

8.张威;隋天中;赵卫CT图像表面重建技术中的边缘轮廓提取方法 2002(ZK)

本文读者也读过(3条)

1.徐云翔.吴秀清.胡拥军在Matlab环境下实现体绘制法的生物切片图象的三维重建[期刊论文]-计算机工程

2001,27(12)

2.穆伟斌.张淑丽.MU Wei-bin.ZHANG Shu-li医学CT断层图像三维重建的Matlab实现方法[期刊论文]-齐齐哈尔大学学报（自然科学版）2009,25(1)

3.张汝楠.孙丽萍.ZHANG Ru-nan.SUN Li-ping利用Matlab实现原木CT断层图像的三维重建[期刊论文]-木材加工机械2008,19(4)

引证文献(22条)

1.朱恒军.杨莘元边缘检测技术在CT图像预处理中的应用[期刊论文]-齐齐哈尔大学学报(自然科学版) 2007(1)

2.张飞.周海东.姜军周岩石CT断层序列图像裂纹三维重建及其损伤特性的研究[期刊论文]-黄金 2010(7)

3.张飞.姜军周.陈世江岩石CT断层序列图像裂纹三维重建的实现[期刊论文]-金属矿山 2009(4)

4.张爱东.李炬.孙灵霞MATLAB编程实现连续断层工业CT图像的三维重建[期刊论文]-核电子学与探测技术 2006(4)

5.吕菲土壤孔隙结构三维重建软件系统的设计与实现[期刊论文]-山西建筑 2011(12)

6.高向军.田联房.王立非.毛宗源利用MATLAB实现医学图像处理与分析[期刊论文]-计算机应用研究 2008(6)

7.张汝楠.孙丽萍利用Matlab实现原木CT断层图像的三维重建[期刊论文]-木材加工机械 2008(4)

8.周志尊.许春环.仇惠.高杨颅骨的测量方法及其比较研究[期刊论文]-中国医学物理学杂志 2007(5)

9.陈雷.杨丽娟原木CT图像的三维重建[期刊论文]-国外电子元器件 2008(9)

10.梁学领.郑小林.侯文生.刘洋.崔建国消化道微型诊疗胶囊核医学图像定位系统设计[期刊论文]-中国医学影像技术 2006(10)

11.张汝楠.孙丽萍基于X-ray CT技术原木三维重建检测缺陷方法的初步探讨[期刊论文]-森林工程 2008(5)

12.金天弘.刘振宅医学图像三维重建的研究[期刊论文]-医疗卫生装备 2008(2)

13.戴虹.吕东辉.杨云峰基于CT序列图像的活体距骨分割及三维重建[期刊论文]-微计算机信息 2006(30)

14.闫建伟.王小鹏.魏冲冲.王雪静一种车站危险品检测中的三维图像重建方法[期刊论文]-计算机与数字工程

2012(6)

15.郭耀雄.余奕明.曾力生.吴晓龙Matlab用于头颅CT数据重建和测量1例[期刊论文]-中国法医学杂志 2010(6)

16.孙曦.周正东3D医学图像中标志点的自动识别与定位[期刊论文]-现代生物医学进展 2008(4)

17.郝书亮.党发宁.陈厚群.梁昕宇基于CT图像的混凝土三维微观结构在ANSYS中的实现[期刊论文]-混凝土 2009(3)

18.万英明.毕铭.韩慧.王景云施佩曲线改变对颞下颌关节应力影响的三维有限元分析[期刊论文]-中华口腔医学杂志2012(5)

19.杨保华.吴爱祥.王贻明.刘金枝堆浸中矿岩散体介质孔隙结构三维可视化[期刊论文]-矿冶工程 2008(2)

20.梁丽敏.余红发.潘浙锋基于真实细观结构的多孔混凝土三维重建[期刊论文]-河海大学学报（自然科学版）2010(4)

21.张爱东基于连续断层的工业CT图像三维重建的研究[学位论文]硕士 2005

22.王扬扬基于特征点的三维颅面复原技术的研究[学位论文]硕士 2006

本文链接：https://www.sodocs.net/doc/205033289.html,/Periodical_ctta200402006.aspx