基于三维几何模型的人脑解剖知识可视表示系统构建研究-生物医学工程专业论文.docx

Study on the Construction of Visible Representation System of Human Brain Antamic Knowledge Based on 3D Geometric Model A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Zhu Wenwu Supervised by Prof. Zheng Xiaolin Major：Biomedical Engineering College of Bioengineering of Chongqing University, Chongqing, China April 2011 中文摘要 中文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE IV 摘 要 人脑是人体结构和功能最复杂的器官，有效的整合人脑形态、结构、功能和 生理等各个层面的知识，形成一个全面、综合性的人脑知识平台，对于人脑解剖 教学、功能研究和临床诊治有重要意义。 本研究以首例中国女数字化可视人体数据集（CVH-2）的脑部切片图像构建数 字人脑模型，着重探讨人脑的形态学数据（如二维切片图像、三维几何模型）与 解剖知识等不同领域知识的连接和表示方法，以实现基于三维几何模型的人脑解 剖知识可视表示。具体采用离散移动立方体算法和光线投射合成算法建立了人 脑三维几何模型，并参考美国人体解剖学基础模型-FMA，利用人工智能领域 的本体技术，基于“part of”关系初步建立了器官层次的人脑解剖知识库；通 过深入分析二维连续切片图像构成的三维体数据场的性质，建立了三维场景 中角色的三维坐标到二维切片图像对应像素的坐标转换公式，并重点探讨了 三维几何模型与解剖知识、二维切片图像的映射模式，并结合回调函数机制， 实现了三者的同步可视表示；同时，为进一步实现对三维几何模型内部的深 度观察和解剖知识获取，基于 Observer/Command 设计模式，以构建 3D Widget 实现了对三维几何模型的交互式精确切割，并通过建立空间平面与固定长方体的 位置关系模型和空间平面在长方体内的移动模型，结合切割坐标系，实现了对任 意方位虚拟切片的提取以及在法向方向上的动态浏览观察。该功能有效地弥补了 MR 等技术只能产生固定方向序列图像的不足，满足了临床上多方位、多角度诊查 的需要观察。在此基础上，以 Visual C++6.0 为开发工具，结合可视化类库 VTK5.0，构建了基于三维几何模型的人脑解剖知识可视表示系统。 综上所述，本研究对三维几何模型、二维切片图像及符号化解剖知识等异构 人脑数据信息有机结合与同步展示的方法进行了有益的探讨，所构建的人脑解剖 知识可视表示系统具有很强的可交互性和完善的三维模型、二维切片图像及 解剖知识的同步展示功能，系统已经通过合作单位的专家审核，符合对方对 人脑数字解剖教学的要求。研究结果可为进一步整合人脑其它方面的知识信 息提供有益的参考与借鉴，并推广应用于人体其它结构组织。 关键词：二维切片图像，人脑三维几何模型，解剖知识，可视表示 英文摘要 英文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV Abstract Human brain is the most complicated structure and organ in human body. Integration of human brain knowledge in all aspects, including morphology, structure, function and physiology, etc., to form a comprehensive knowledge platform, is of great significance in anatomical teaching, functional study and clinical treatment of human brain. In this study, a digital human brain model was built up with the use of the cross-section slice images of human brain selected from the first female Chinese Visible Human dataset (CVH-2), the s