（计算机系统结构专业论文）基于CT图像的肝脏栓塞治疗仿真.pdf

摘要 肝癌的恶性程度极高，其自然生存期多小于1 年。虽然各种诊断手段在不断 提高，但仅有约2 0 的患者于确诊时能手术切除，且术后仍有3 0 - 7 0 的复发率。 栓塞治疗是8 0 年代发展的一种非手术的肿瘤治疗方法，对肝癌有很好疗效， 甚至被推荐为非手术疗法中的首选方案。栓塞阻断血管供血，肿瘤组织就会因缺 血，缺氧而发生坏死。血管栓塞后的肝癌大部分瘤体组织因缺血、缺氧而逐步坏 死，而正常肝组织的供血受影响不大，且能形成侧支循环，不会导致明显的肝功 能障碍。 本课题的研究建立在实验室原有肝脏分割技术的基础上，从活体c t 数据提 取肝脏管道结构，对管道进行肝癌栓塞治疗仿真的效果，能够帮助医生直观地观 察栓塞后肝脏组织的供血状况，评估栓塞效果。 主要工作包括以下几点： 1 、 对d i c o m 格式的活体c t 数据进行处理，建立肝脏的三维形态模型， 实现肝脏的虚拟三维可视化。 2 、 使用区域生长算法，提取出肝脏的管道结构 3 、对已提取出管道结构的数据进行栓塞仿真，并在完成栓塞后，对血管 与肝组织进行距离变换，确定栓塞后的肝组织供血状况，并三维显示。 4 、 测算肝脏体积和被栓塞肿瘤体积，为栓塞手术效果评估提供参考。 关键词：三维重建；距离变换；肝癌；栓塞仿真 v a b s t r a c t t h el i v e rc a n c e ri so fg r e a tm a li g n a n c y ，m o s to ft h ep a t i e n t sw h oh a v e l i v e rc a n c e ra r en o ta b l et os u r v i v ef o rm o r et h a no n ey e a r a l t h o u g h d i a g n o s t i cw a y st o w a r d si ta r ei m p r o v i n g ，o n l y2 0 o fp a t i e n t sc o u l dh a v e t h em a li g n a n tp a r tc u ta f t e rt h e ya r ed i a g n o s e d w h a t sm o r e ，a f t e rt h e o p e r a t i o n ，t h e r es t i l lc o u l db e3 0 7 0 r e l a p s er a t e e m b o l i z a t i o nt r e a t m e n ti sak i n d o fk n u b b l ya n dn o n 。o p e r a t i v e t r e a t m e n tm e t h o d i ti sd e v e l o p p e dd u r i n g1 9 8 0 s b e c a u s eo fi t sg o o d c u r a t i v ee f f e c t so nl i v e rc a n c e r ，i t sr e c o m m e n d e da st h eb e s tm e t h o d i nv a r i o u sk i n d so fn o n o p e r a ti v et r e a t m e n t s m e d i c a lr e s e a r c h e s h a v e p o i n t e do u tt h a ta b o u t9 0 9 9 o fb l o o dw h i c hi sn e e d e db yli v e rc a n c e r i ss u p p l i e db yt h eh e p a t i ca r t e r y e s p e c i a l l yt h ee n v e l o p e dt u m o r s ，t h e i r b l o o ds u p p l ya l m o s tr e l yo nt h eh e p a t i ca r t e r y t h ee m b o l i z a t i o nt r e a t m e n t s t o p st h eh e p a t i ca r t e r yf r o mp r o v i d i n gb l o o d a sar e s u l t ，t h et u m o r sw i l l d i ef r o ml a c k i n go fb l o o da n do x y g e n s ob yu s i n ge m b o l i z a t i o nt r e a t m e n t o nt h eh e p a t i ca r t e r y ，w ec a nl e tm o s to ft h el i v e rc a n c e rc e l l sd i ef r o m l a c k i n go fb l o o da n do x y g e n ，w h i l et h e r ei s1 i t t e ra f f e c t i o no nt h en o r m a l l i v e rt i s s u e ：t h eb l o o ds u p p l yo fn o r m a ll i v e rt i s s u ew o u l d n tb e s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db e c a u s et h e r ew o u l db ec o l l a t e r a lc i r c u l a t i o n ，s o i tw o u l dn o tl e a dt oo b v i o u sh e p a t o s i s t h i sp a p e ri sb a s e do nt h el i v e rs e g m e n t a t i o nw o r ki nt h el a b t h el i v e r p i p e l i n e s t r u c t u r e sa r ee x t r a c t e df r o ml i v i n gh u m a nc td a t a t h e s i m u l a t i o nr e s u l t so fl i v e re m b o l i z a t i o nt r e a t m e n tt o w a r d s1 i v e rp i p e l i n e c o u l dh e l pd o c t o r so b s e r v et h et h eb l o o ds u p p l ys i t u a t i o na f t e rt h e e m b o l i z a t i o nt r e a t m e n ti st a k e nm o r ei n t u i t i v e l y ，t h e nt h e yc o u l d e v a l u a t et h ee f f e c to ft h ee m b o l i z a t i o nt r e a t m e n tt h e yt a k e t h em a i np a r to ft h ew o r ki n c l u d e ： 1 p r o c e s st h e1i v i n gh u m a nc td a t aw h i c hi st h ef o r m a to fd i c o m ，b u il d v i l t h e3 dm o r p h o l o g i c a lm o d e lo fl i v e r ，a n dd i s p l a yt h el i v e rv i r t u a l l y a n dd i g i t a l l y 2 e x t r a c tt h ep i p e l i n es t r u c t u r e so fl i v e r ( i e t h eh e p a t i ca r t e r y ) b y u s i n gt h ea l g o r i t h mo fr e g i o ng r o w 3 s i m u l a t et h ee m b o l i z a t i o ns i t u a t i o nu p o nt h ep i p e l i n es t r u c t u r e sw h i c h h a v eb e e ne x t r a c t e di ns t e p2 a f t e rt h ee m b o li z a t i o ni sf i n i s h e d ， t r a n s f o r mt h ed i s t a n c eo fb l o o dv e s s e la n dl i v e rt i s s u e c o n f i r mt h e b l o o ds u p p l ys i t u a t i o no fl i v e rt i s s u ea f t e re m b o l i z a t i o n ，a n dd i s p l a y i ti n3 d 4 c a l c u l a t et h ev o l u m eo fl i v e ra n dt h et u m o rw h i c hi s e m b o l i z a t e d ， p r o v i d er e f e r e n c ef o rr e a le m b o l i z a t i o no p e r a t i o n s k e y w o r d s ： 3 d r e c o n s t r u c t i o n ，d i s t a n c et r a n s f o r m ，l i v e rc a n c e r ， e m b o li z a t i o ns i m u l a t i o n 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导f ，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为(王博轧) 课题( 组) 的研究成果，获得(土氆屯) 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在( 囡像n 疆) 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 (v ) 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文 应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ：殳砻苁 沙r 肿日 第一章绪论 2 1 世纪被认为是生物世纪，以人体科学为中心的科学技术将以前飞速发展。 传统上医药学研究依赖于大量动物和人体实验的做法将在很大程度上由计算机 模拟所取代。随着计算机可视化和虚拟现实技术的发展，使已经走向成熟的三维 重构图像处理技术以空前的速度普及。可视化技术结合虚拟仿真技术，又使如医 用机器人、手术仿真、图像引导手术、计算机辅助手术和手术训练等技术也得到 了发展。这些技术为医学治疗提供了一个极好的技术平台，将极大推动医学教育、 医学科学研究乃至临床医疗技术的发展。 2 0 0 1 年1 1 月第1 7 4 次香山科学会议之后，中国数字虚拟人研究被列入国家 高技术研究发展的“8 6 3 计划。虚拟人数据集的出现进一步推动了计算机可视 化和虚拟现实技术在医学上的应用。以此为基础，运用手术仿真技术，医务人员 不仅可以对复杂医学解剖体数据进行三维重建，还能对可视化的数据进行实时操 作，从而建立可供手术时和手术前规划使用的虚拟环境。利用信息技术实现人体 从微观到宏观的结构和机能的数字化、可视化，最终达到人体的整体精确模拟， 将对医学生物学及人体相关学科的发展起到难以估量的影响。 1 1 课题的背景和意义 肝癌号称“癌中之王 ，肝癌是我国最为常见的恶性肿瘤之一，尤其在4 0 - - 5 0 岁的壮年男性发病较多，在各种肿瘤中它的恶性程度很高，已成为仅次于 肺癌居恶性肿瘤死亡率的第二位，严重危害人类的健康。 在全球，肝癌发病率为癌症中第六位，死亡率为第三位。在中国，肝癌发病 率为癌症中第三位( 肺、胃、肝) ，其死亡率为第二位( 肺、肝、胃) 。中国的是 全球肝癌发病最高的国家，肝癌发病( 死亡) 数就占了全球所有肝癌病例的一半 还要多。国际际抗癌研究中心( i a r c ) 统计得出：2 0 0 0 年全球肝癌新发病例5 6 4 万，肝癌死亡病例5 4 9 万，其中中国肝癌新发病例3 0 6 万，肝癌死亡病例3 0 0 万。福建省肝癌死亡率居全国第二，厦门地区肝癌发病率居国内前列。 基于c t 图像的肝脏栓寒治疗仿真 正常的肝脏有两条血管供给养分，一条是肝动脉( h e p a t i ca r t e r y ) ，另一条 为门静脉( p o r t a lv e i n ) 。肝动脉负责供应肝脏带氧的血液，约提供肝脏1 4 的 血液来源；而门静脉则可将肠胃道所消化吸收的养分运送到肝脏处理，门静脉约 可提供肝脏3 4 的血液来源。肝癌的肿瘤细胞几乎完全靠肝动脉来供应养分，医 学研究指出：肝癌的血液供应9 0 9 9 来自肝动脉，尤其有包膜的肿瘤几乎完全 由肝动脉供血。根据这个原理，医师将一根导管由鼠蹊部的股动脉插入，并经由 主动脉、腹腔动脉，而导入供应肝肿瘤的肝动脉之中，并打入栓塞物质将血管堵 死，栓塞阻断肝动脉供血，肿瘤组织就会因缺血，缺氧而发生坏死。肝动脉栓塞 后的肝癌大部分瘤体组织因缺血、缺氧而逐步坏死，而正常肝组织的血供受影响 不大，且能形成侧支循环，不会导致明显的肝功能障碍。这种栓塞治疗是8 0 年 代发展的一种非手术的肿瘤治疗方法，对肝癌有很好疗效，甚至被推荐为非手术 疗法中的首选方案。 本课题的研究，能够为外科医生提供栓塞治疗模拟、帮助制订手术方案，降 低手术风险，减少病人的痛苦，延长病人的生存期，提高病人术后生活质量。是 我实验室“肝癌手术计划系统”的子课题。本课题对从事肝脏专科病理、生理、 临床治疗、学术研究等方面具有重要的意义。 1 2 国内外研究现状 国内外目前已有一些辅助的手术计划系统，能够提供肝脏手术治疗的仿真。 在2 0 0 6 年，德国的r u p r e c h t k a r l su n i v e r s i t y 大学开发了一个肝脏移植的辅 助系统，通过分析计算肝脏内部管道的各个部分的容积比，给出肝脏移植手术的 一些重要参考数据 1 。h o g e m a n n ，s t a m m 等实现了虚拟的肝切除 2 ；k a m e l ， k r u s k a l 等指出非侵入性的检查将为活体肝脏移植手术提供综合广泛的评价 3 ； s a i t o ，y a m a n a k a 等实现了一个可行的、精确的新型三维虚拟切除仿真软件 4 。 国内方面，由厦门大学、福建医科大学和厦门市第一医院合作的福建省 卫生教育联合攻关计划项目：数字化虚拟肝脏及手术计划系统( 卫生部联合基金 项目批号：w k j 一2 0 0 5 - 2 - 0 0 1 ) 和福建省科技计划项目：数字虚拟器官群及临床应 用( 之- - ) 肝癌手术计划系统( 福建省科技重点项目：2 0 0 5 y 0 0 1 8 ) ，能够利用 获得的数据和图像，通过图像去噪、分割和配准，分离出肝脏的各种管道结构， 2 第一章绪论 完成三维重建，建立肝脏管道数据库；将离体和活体数据相融合，进行三维重建， 制作肝实质和肝内管道系统的三维动态图像；提取肝内管道系统的骨脊线和管道 节点，明确管道的分布状况和相互之间的连接关系，模拟肝癌介入治疗的效果， 帮助医生选择最佳的介入位置，排除禁忌症，以及预测治疗效果。 1 3 本文的研究工作及创新之处 本文的研究工作在实验室原有肝脏研究的基础上进行，主要有一下三点： 1 ) 从活体c t 数据中提取出肝脏的肝管道结构，建立肝脏的三维形态模型， 实现肝脏的三维虚拟可视化。 2 ) 对已提取出管道结构的数据进行模拟栓塞，并在完成栓塞后，对血管与 肝组织进行距离变换，确定栓塞后的肝组织供血状况，并三维显示。 3 ) 测算肝脏体积和被栓塞肿瘤体积，为栓塞手术效果提供参考评估。 本课题的创新主要包括以下几点： 1 ) 数据来源为活体c t 数据 2 ) 改进了医学图像中微细管道结构的表面绘制算法 3 ) 改进距离变换算法，并应用到肝脏栓塞仿真中 1 4 本文的组织结构及章节安排 本文将主要从以下几个部分进行阐述： 第一章介绍课题的背景意义以及国内外的一些研究现状，并介绍了本文的主 要研究工作及创新之处。 第二章说明课题中应用到的背景知识和关键技术，介绍了c t 的基本原理， d i c o m 医学图像格式，o p e n g l 、p y t h o n 和n e tf r a m e w o r k 等技术以及为什么选 用这些技术作为课题实现的工具。 第三章主要说明课题中肝脏管道数据提取过程中的所使用的不同算法，以及 这些算法在具体实现时的改进。区域生长算法为我们从d i c o m 数据源中提取血 管管道数据提供了基础算法，移动立方体( m a r c h i n gc u b e ) 算法帮助我们将提 基于c t 图像的肝脏栓塞治疗仿真 取到的管道数据进行表面绘制，实现三维重建。在这两个算法的基础上，我们分 别对区域生长算法的连续域值法和管道微细处的移动立方体显示算法作出相应 修改，提高了算法的效果。 第四章主要是进行肝脏血管栓塞仿真，说明了应用于栓塞仿真效果的距离变 换算法，以及距离变换算法支持多前景点的改进，并给出了栓塞仿真效果评估。 最后是总结和展望，总结本文的工作，并提出进一步深入研究、改进的一些 构想。 4 2 1c t 简介 第二章背景知识与关键技术介绍 计算机断层扫描技术( c o m p u t e rt o m o g r a p h y ，简称c t ) 是利用x 射线对人 体某一范围进行逐层的横断扫描，取得信息，经计算机处理后获得重建的图像 5 。c t 机一般可分为常规c t 和多层螺旋c t 两种。常规c t 扫描速度较慢， 成像效果一般。多层螺旋c t 是在常规c t 基础上发展起来的，在技术上出现了 许多突破。在相同的扫描条件的前提下，多层螺旋c t 扫描所得到的图像清晰度 更高、扫描范围更大。本文中所采用的c t 图像都来自于多层螺旋c t 。 c t 图像中用c t 值( 单位为h o u n s f i e l du n i t ，简称h u ) 来表示组织的密度。 c t 值是经过x 射线吸收系数i i ( 或称衰减系数) 换算而来的。一般定义c t 值如 下： z m p h l o 某物质的c t 值= 1 0 0 0 x p z o ( 2 1 ) 其中砌表示某物质的吸引系数，z d 表示水的吸收系数。如水的c t 值= 坐1 0 0 0 ：o 1 。物质的c t 值越高，表明其密度越大。 即特定物质的c t 值等于该物质的吸收系数与水的吸收系数之差再与水的吸 收系数相比，然后乘以1 0 0 0 。物质的c t 值越高，表明其密度越大。另外，c t 值的大小还与x 射线的能量有关。目前的c t 图像一般具有2 0 4 8 或是4 0 9 6 级灰 度。人眼能够辨识的灰阶一般在6 0 个左右，而c t 值中所包含的信息大大超过 了人眼所能分辨的范围，因而c t 中引入了窗宽( w i n d o ww i d t h ) 和窗位( w i n d o w c e n t e r ) 技术来充分利用图片中所含的信息。窗宽是c t 图像上显示的c t 值范围， 在此c t 值范围内的组织和病变均以不同的模拟灰度显示。而c t 值高于此范围 的组织和病变，均以白影显示；反之，低于此范围的组织结构，均以黑影显示。 增大窗宽，则图像所示c t 值范围加大，显示具有不同密度的组织结构增多，但 各结构之间的灰度差别减少，图片对比度不明显。减小窗宽，则显示的组织结构 基十c t 嘲像的肝脏栓塞治疗协真 减少，因为有一部分结构将以同样灰度值显示，无法分辨。然而各结构之间的获 度差别增加，图片对比度显得大些。窗位是窗的中心位置，同样的窗宽，由于窗 位不同，其所包括c t 值范围的c t 值也有差异。窗宽窗位用c t 值表示： 窗宽= f k 一见。( 2 2 ) 窗位= ( ( l ，+ f ，j 2( 2 3 ) 其中f 0 表示c t 值范围的最大僵，f 表示c t 值范围的最小值。因此，应 选择适合观察该组织或病变的窗宽和窗位，以获得最佳显示。 图2i 给出了同一c t 图像中，小同的窗宽窗位显示出的效果图【2 4 】。 22d 1 0 0 m 医学图像 囵圆口 图21 不同窗宽窗位的c t 图像对比 d i c o m ( d i g l t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n sl nm e d i c i n e ，简称d i c o m ) 是用于医学图像和通信的国际标准 6 。 d c o m 文件是按照d i c o m 标准格式存储的医学文件。符合d i c o m 标准的文件 通常后缀为d c m ，大多数的图像处理软件都不支持这种图像格式。因此，了解 d c m 文件格式的内容对于读写及后面的分割处理是r 分必要的。 它一般由d i c o m 文件头和一个图像数据集组成，如图22 所示。 文件头数据集 图2 2d i c o m 文件结构 第二章背景知识与关键技术介绍 d i c o m 文件头是可选的，这个文件头顺次包括了1 2 8 b y t e s 的文件序言， 4 b y t e s 的d i c o m 前缀和文件元元素。文件序言是用于应用简介或详细说明的固 定长度数据段，它不象d i c o m 数据元素那样有标签和值长度字段，无内容时，所 有的字节为o o h 。前缀包含了字符串“d i c m ，一般用这4 b y t e s 判别是否是一个 d i c o m 文档。文件元元素是一些具备数据元素结构的元素体。 文件头之后是存储的图像数据。也就是数据集( 其中可以含括其它嵌套的数 据集) 。在读写时应遵循d i c o m 数据集的相关定义。 7 基于c t 图像的肝脏栓塞治疗仿真 2 2 1d i c o m 文件格式 t a g v r v a l u el e n g t hv a l u e g r o u p e l e m e n tv rr e s e r v e d3 2 一b i tu n s i g n e de v e nn u m b e ro fb y t e s n u m b e r n u m b e r ( 2b y t e ( 2b y t e s ) i n t e g e r c o n t a i n i n gt h ed a t a ( 1 6 0 b i t( 1 6 b i t c h a r a c t e r s e t t oae l e m e n tv a l u e ( s ) e n c o d e d u n s i g n e du n s i g n e ds t r i n g ) o f v a l u e o f a c c o r d i n gt ot h ev ra n d i n t e g e r )i n t e g e r ) ”0 8 ”。 0 0 0 0 h n e g o t i a t e dt r a n s f e r “0 w 。 s y n t a x d e l i m i t e dw i t h 。o f ”， s e q u e n c ed e l i m i t a t i o n 4 s q 。、。l r r i t e mi fo fu n d e f i n e d o r ”u n ” l e n g t h 2b y t e s2b y t e s 2b y t e s 2b y t e s4b y t e sm a l u el e n g t h 。b y t e si fo f e x p l i c i tl e n g t h d a t ae l e m e n tw i t he x p l i c l tv r0 t h e rt h a na ss h o w nl nt a b l e t a g v r v a l u el e n g t hv a l u e g r o u p e l e m e n t v r ( 1 6 - b 1u n s i g n e d e v e nn u m b e ro fb y t e s n u m b e rn u m b e r ( 2b y t ec h a r a c t e r i n t e g e r ) c o n t a i n i n gt h ed a t a ( 1 6 - b i t( 1 & b t s t r i n g ) e l e m e n tv a l u e ( s ) e n c o d e d u n s i g n e du n s i g n e d a c c o r d i n gt ot h ev ra n d n e g o t i a t e dt r a n s f e r i n t e g e r )i n t e g e r ) s y n t a x 2b y t e s2b y t e s2b y t e s2b y t e sv a l u el e n g t h b y t e s t a g v a l u el e n g t hv a l u e g r o u p e l e m e n t3 2 - b i tu n s i g n e di n t e g e re v e nn u m b e ro fb y t e s n u m b e rn u m b e r c o n t a i n i n gt h ed a t a ( 1 6 - b i t( 1 6 - b i t e l e m e n t sv a l u e u n s i g n e d u n s i g n e d e n c o d e da c c o r d i n gt o c h ev rs p e c i f i e di np s i n t e g e r )i n t e g e r ) 3 6a n dt h en e g o t i a t e d t r a n s f e rs v n t a x d e l i m i t e dw i t h s e q u e n c ed e l i m i t a t i o n l t e r ni fo fu n d e f i n e d l e n g t h 2b y t e s2b y t e s4b y t e s - 、a l u el e n g t h b y t e so r u n d e f i n e dl e n g t h 表2 id i c o m 数据单元 d i c o m 格式的图像文件数据单元结构如表2 1 所示。首先是1 2 8 个o o h ，后 面四个字节是“d i c m ，接下来是若干个字段，每个字段开头是2 字节的组号 ( g r o u pn u m b e r ) ，如0 0 0 2 是文件元单元组( f i l em e t ae l e m e n t sg r o u p ) ，0 0 2 8 是图像表示组( i m a g ep r e s e n t a t i o ng r o u p ) ，7 f e o 是像素数据组( p i x e ld a t a g r o u p ) 等。 8 第二章背景知识与关键技术介绍 接下来是2 字节的单元号( e l e m e n tn u m b e r ) ，如在0 0 2 8 组中，0 0 1 0 是行 ( r o w s ) ，0 0 1 1 是列( c o l u m n s ) ，0 1 0 0 是分配字节( b i t sa l l o c a t e d ) 。 对于显式v r ，后面是两个字节的v r 。对于o b ，o w ，o f ，s q ，u t ，u n 六种v r ， 后面是两个0 0h ，然后是4 个字节的值长( v a l u el e n g t h ) ，最后是值( v a l u e ) ； 对于其它v r ，后面是2 个字节的值长，最后是值。 对于隐式v r ，后面是4 个字节的值长，最后是值。 2 2 1d i c o m 文件格式的示例 0 0 0 0 0 0 0 0 h ：0 00 00 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 1 0 h ：0 00 口0 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 ： 0 0 0 0 0 0 2 0 h ：0 00 00 0 0 00 00 00 00 0 0 00 0 0 00 00 00 0 0 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 3 0 h ：0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 00 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 4 0 h ：0 00 00 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 5 0 h ：0 00 00 0 0 00 00 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 5 0 h ：0 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 7 0 h ：0 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 0 0 00 00 0 0 00 00 0 ； 0 0 0 0 0 0 8 0 h ：哇哇哇9 唾3 哇d0 20 00 00 05 s 唾c0 40 0c 0 0 00 0o o ；雹i e 珏，u l 2 ， ： 0 0 0 0 0 0 9 0 h ：0 20 00 l0 0 哇f 嘎20 0 0 00 20 0 0 00 00 00 10 20 0 ；0 b 0 0 0 0 0 0 a o h ：0 20 05 s 哇91 0 03 1 2 e3 22 e 3 83 43 0 2 e3 13 0 ；u i 1 2 8 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 6 0 h ：3 03 03 8 2 e3 5z e3 12 e 3 42 e 3 l2 e3 12 e3 20 0 ；0 0 8 5 1 4 1 1 2 0 0 0 0 0 0 c o h ：0 z0 00 3 0 0 5 54 93 6 0 03 1z e3 22 e3 33 93 22 e ；u 1 6 1 2 3 9 2 0 0 0 0 0 0 d o h ：3 23 03 03 0 3 33 62 e3 93 l3 1 3 62 e3 22 e3 z2 e ；2 0 0 0 3 6 9 1 1 6 2 2 0 0 0 0 0 0 e o h ：3 22 e3 1 3 73 63 23 63 6 3 83 93 53 02 e 3 13 l3 0 ；2 1 7 6 26 5 8 9 5 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 f o h ：3 33 83 53 s3 83 83 1z e3 83 b 3 s3 63 23 50 20 0 ；3 8 5 5 8 8 1 8 8 5 6 2 s 0 0 0 0 0 1 0 0 h ：1 00 05 54 91 20 03 1 2 e3 22 e 3 83 哇3 02 e3 13 0 ；u i 1 2 8 4 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 h ：3 03 03 8z e 3 l2 e3 20 00 20 01 20 05 s 咤91 80 0 ；0 0 8 1 2 u i 一 - _ 图2 3d i c o m 数据示例l 以我们本课题数据为例，如图2 3 所示：4 44 94 34 d 是“d i c m ，0 20 0 是 组号，0 00 0 是单元号，5 54 c 是v r ，0 4o o 是值长，即4 个字节，c 00 00 00 0 是值，即后面的1 9 2 个字节都属于0 0 0 2 组。再下面一行，0 2o o 是组号，0 1o o 是单元号，4 f4 2 是v r ，o o0 0 是保留的2 个字节，0 20 0o o0 0 是值长，即2 个字节，0 00 1 是值，即2 5 6 。 9 基于c t 图像的肝脏栓塞治疗仿真 u u u u u u j u “o 0 0 0 0 0 6 6 0 h ： 0 0 0 0 0 6 7 0 h ： 0 0 0 0 0 6 8 0 h ： 0 0 0 0 0 6 9 0 h ： 0 0 0 0 0 6 a o h ： 0 0 0 0 0 6 b o h ： 0 0 0 0 0 6 c o h ： 0 0 0 0 0 6 d o h ： 0 0 0 0 0 6 e o h ： 0 0 0 0 0 6 f o h ： j 1 00 0 0 50 00 60 00 00 03 03 93 33 03 23 6j 1 00 0 l j l0 20 80 00 00 03 23 03 03 4 3 13 2 3 2 3 3j 1 00 0 4 50 20 a0 00 00 03 03 83 3 3 23 03 5 2 e3 0 3 03 0 堡旦5 3 0 20 60 00 00 0 3 23 13 3 3 5 3 62 0 圈 翻囫0 40 00 00 00 8 0 00 80 0e 0 ，7 f1 00 0 0 00 0 0 80 0 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 8 0 0 f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 0 0f 8 0 0f 8 0 0f 80 0f 80 0f 8 图2 4d i c o m 数据示例2 c - b d e 8 s 誓 厶 0 2 0 0 0 8 3 2 ? ? ? ? ? 7 1 i ? ，? ? ? ? ? 口 。，? ，? ，口 ，? ，? 扣 ? ? ，? ? ? 铂 上4 j z 6 b 2 3 8 。0 0 0 6 鞫嗍 - ，t ，么 图2 4 是d i c o m 数据中最后一个组。e 07 f 是组号，0 00 0 是单元号。这个 字段采用隐式v r ，0 40 0 0 0o o 是值长，0 80 00 80 0 是值，即后面是5 2 4 2 9 6 个字节都属于7 f e o 组。最后一个字段是7 f e o ：0 0 1 0 ，即像素数据( p i x e ld a t a ) ， 也采用隐式v r ，0 00 00 80 0 是值长，即5 2 4 2 8 8 个字节，从0 0f 8 开始至文件 结束是图像数据，共5 1 2 5 1 2 2 = 5 2 4 2 8 8 个字节。采用有符号1 6 位整数表示， 图中0 0f 8 即- - 2 0 4 8 。 2 3o p e n g l 、p y t h o n 与n e tf r a m e w o r k 2 3 1o p e n g l o p e n g l 7 ( o p e ng r a p h i c sl i b r a r y ) 是个定义了一个跨编程语言、跨平台 的编程接口的规范，它用于生成二维、三维图象 8 。这个接口由近三百五十个 不同的函数调用组成，用来从简单的图元绘制复杂的三维场景。o p e n g l 常用于 c a d 、虚拟实境、科学视觉化程式和电子游戏开发。 o p e n g l 的高效实现( 利用了图形加速硬件) 存在于w i n d o w s ，很多u n i x 平 台和m a c o s 。这些实现一般由显示设备厂商提供，而且非常依赖于该厂商提供的 硬件。开放源代码库m e s a 是一个纯基于软件的图形a p i ，它的代码兼容于o p e n g l 。 但是，由于许可证的原因，它只声称是一个“非常相似 的a p i 。 o p e n g l 规范由1 9 9 2 年成立的o p e n g l 架构评审委员会( a r b ) 维护。a r b 由 一些特别兴趣于建立一个统一的普遍可用的a p i 的公司组成。根据o p e n g l 官方 1 0 第二章背景知识与关键技术介绍 网站，2 0 0 2 年6 月的a r b 投票成员包括3 d l a b s 、a p p l ec o m p u t e r 、a t i t e c h n o l o g i e s ，d e l lc o m p u t e r ，e v a n s 奄s u t h e r l a n d ，h e w l e t t p a c k a r d ，i b m ， i n t e l 、m a t r o x 、n v i d i a 、s g i 和s u nm i c r o s y s t e m s ( m i c r o s o f t 曾是创立成员 之一，但已于2 0 0 3 年3 月退出) 。 o p e n g l 进化自( 而且风格很相似) s g i 的早期3 d 接口i r i sg l 。i r i sg l 的 一个限制是它只能访问底层硬件提供的特性。如果图形硬件不支持例如纹理映射 这样的功能，那么应用程序就不能使用它。o p e n g l 通过在软件上对硬件不支持 的特性提供支持的方法克服了这个问题，允许应用程序在相对低配置的系统上使 用高级的图形特性。 2 3 2p y t h o n 语言 p y t h o n 9 是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言，也是一种功能强 大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，成熟且稳定。 这种语言具有非常简捷而清晰的语法特点，适合完成各种高层任务，几乎可 以在所有的操作系统中运行。 目前，基于这种语言的相关技术正在飞速的发展，用户数量急剧扩大，相关 的资源非常多。 p y t h o n 是一门跨平台的脚本语言，p y t h o n 规定了一个p y t h o n 语法规则，实 现了p y t h o n 语法的解释程序就成为了p y t h o n 的解释器，我们用的比较多的是c 版本的p y t h o n ，也就是使用c 语言实现的p y t h o n 解释器，除此之外还有使用j a v a 实现的j y t h o n 和使用n e t 实现的i r o n p y t h o n ，这些实现可以使p y t h o n 用户充 分利用己有的j a v a 及n e t 资源。 p y t h o n 可以广泛的在科学计算领域发挥独特的角色。有许多模块可以帮助我 们在计算巨型数组、矢量分析、神经网络等方面高效率完成工作。尤其是在教育 科研方面，可以发挥出独特的优势。 课题中使用了p y t h o n 下的o p e n g l 库：p y o p e n g l 。 2 - 3 - 3 n e tf r a m e w o r k n e tf r a m e w o r k 是支持生成和运行下一代应用程序和x m lw e bs e r v i c e s 的 内部w i n d o w s 组件。n e tf r a m e w o r k 旨在实现下列目标： 基于c t 图像的肝脏栓塞治疗仿真 提供一个一致的面向对象的编程环境，而无论对象代码是在本地存储和执 行，还是在本地执行但在i n t e r n e t 上分布，或者是在远程执行的。 提供一个将软件部署和版本控制冲突最小化的代码执行环境。 提供一个可提高代码( 包括由未知的或不完全受信任的第三方创建