医学图像三维重建与可视化笔记(1)——概述

医学图像三维重建技术在临床诊断中具有重要意义，通过将二维医学图像转化为三维可视化形式，帮助医生更全面、准确地分析器官结构，提高诊断水平。尽管目前主要应用于医学领域，但三维重建和可视化方法在工业、地质勘探等其他领域也有广泛应用。医学成像技术如CT、MRI、超声等的快速发展为三维诊断提供了数据支持，同时功能成像技术进一步拓展了影像分析的应用范围，推动了医学诊断和治疗水平的提升。

医学图像三维重建概述

• 1.医学图像三维重建具有重要意义及应用价值
• 三维重建与可视化方法在多个领域具有重要应用
• 常用的医学成像技术
• 两类主要的医学图像
• • 4.1在解剖学领域的图像重建
    • • 4.1.1 X射线断层扫描技术

    • 4.1.2 计算机断层成像技术（CT）

    • 4.1.3 磁共振成像技术（MRI）

    • 4.1.3 超声波成像技术

      • 4.2 功能图像

1.医学图像三维重建的意义与价值

目前，随着医学影像技术的迅速发展，医学图像在临床诊断中的作用愈发显著，这在一定程度上推动了临床医学的进步。尽管二维医学图像在医生诊断中确实发挥了积极作用，但人体组织器官的多样性与复杂性使得医学图像中的信息尚未完全被充分利用。通过对二维图像进行三维重建和可视化处理，能够将复杂的三维器官结构直观呈现，这将有助于医生进行全面而精准的分析，从而提升医疗诊断的水平。因此，医学图像的三维重建与可视化技术具有重要的实用价值。

传统的医学影像技术能够获取的是二维投影图像（如X射线成像）或断层图像（如CT或MRI）。医生通过不同角度的观察和一组断层图像的分析，进行定性研究，以发现病变体或评估组织结构的畸形。由于人体解剖结构具有三维特性，医生需要具备较强的读片能力，才能从二维影像中准确作出诊断，因此，诊断结果的准确性依赖于医生的读片经验。要精确确定病变体或畸形的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织的空间关系，仅凭医生的主观分析是难以完成的。因此，目前的临床诊断应用迫切需要将医学数据以三维图像的形式直观展示给医生，并支持三维图像的任意缩放、对比、旋转功能，以便医生从不同角度进行观察分析或相关测量。借助计算机实现三维数据的重建与可视化，有助于医生从三维角度进行全面、准确的观察分析，从而设计出精确的治疗方案，提升医疗诊治水平，这无疑将显著提升影像数据的医学价值。

2.三维重建和可视化方法与其他领域的应用(important!)

尽管用于阐述医学图像的三维重建和可视化方法，这些方法和/or/技术不仅限于医学领域，还广泛应用于工业、地质勘探等多领域。医学图像三维重建和可视化领域不断涌现新方法。

3.一些医学成像技术

对医学影像的分析观测是医学诊断中最基础的手段之一。自1895年德国物理学家伦琴发现 射线以来,医学诊断方式发生了根本性的转变。随着各种医学成像技术的临床应用加速发展,影像技术逐渐成为不可或缺的诊断工具。

4.两类医学图像

根据其成像方式和功能特性，医学图像主要依据其成像方式和功能特性分为解剖图像和功能图像两大类。

4.1解剖图像

解剖图像能够呈现人体组织器官的三维结构及其密度分布情况，即解剖结构信息。常用的解剖图像成像技术包括如X射线成像、CT成像、磁共振成像以及超声成像等。

4.1.1.X射线成像

x射线亦称伦琴辐射线，伦琴凭借发现射线这一重大贡献，荣获第一届诺贝尔物理学奖。射线是人体肉眼看不见的一种电磁波。x射线成像利用了射线的穿透特性，将穿透人体后的辐射线记录在感光底片上形成图像。x射线管产生的辐射线是一束波长不一的混合辐射线，其中较短波长的辐射穿透力强，较长波长的则易被物质吸收。由于组成人体各组织器官的物质密度不同，对辐射线的吸收程度各异，将穿透人体后强度不同的辐射线记录在感光底片上，即可反映出人体内部的组织结构。x射线成像基于人体内各组织对辐射线吸收的累积效应，因此在x射线图像上会出现影像叠加现象。具体而言，大小和密度相同的组织，无论位于人体内前、中或后部，在x射线图像上的显示结果一致，如图1-1所示。由此可知，x射线成像无法生成人体断层图像，一幅x射线图像不足以完整呈现组织结构的三维空间信息。

4.1.2.计算机断层成像（CT）

4.1.3.磁共振成像（MRI）

4.1.3 超声成像

4.2 功能图像