Phục dựng hình ảnh 3d từ dữ liệu ảnh y tế dicom

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG  NGUYỄN VĂN THẮNG PHỤC DỰNG HÌNH ẢNH 3D TỪ DỮ LIỆU ẢNH Y TẾ DICOM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG  NGUYỄN VĂN THẮNG PHỤC DỰNG HÌNH ẢNH 3D TỪ DỮ LIỆU ẢNH Y TẾ DICOM Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Năng Toàn Thái Nguyên - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu lớp Cao học khóa chuyên ngành Khoa học máy tính Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông; Viện công nghệ thông tin Việt Nam Các thầy, cô giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trình học tập Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy, cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông; Viện công nghệ thông tin Việt Nam Em xin cảm ơn giúp đỡ anh, chị phịng Cơng nghệ Thực ảo Viện Công nghệ thông tin Việt Nam Đặc biệt thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Toàn tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ em hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn bạn đồng nghiệp ngƣời thân động viên, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu thực luận văn Quá trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót em mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, giáo bạn đồng nghiệp đề tài nghiên cứu em để đề tài đƣợc hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012 Nguyễn Văn Thắng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung luận văn em tự sƣu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chƣa đƣợc công bố hay xuất dƣới hình thức khơng đƣợc chép từ cơng trình nghiên cứu Tất phần ứng dụng em tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thƣ viện chuẩn thuật toán đƣợc tác giả xuất cơng khai miễn phí mạng Internet Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012 Ngƣời cam đoan Nguyễn Văn Thắng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv PHẦN MỞ ĐẦU Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỒ HỌA 3D VÀ ẢNH TRONG Y TẾ THEO CHUẨN DICOM .3 1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỒ HỌA 3D VÀ ỨNG DỤNG .3 1.1.1 Tổng quan đồ họa 3D .3 1.1.2 Phương pháp bi ểu diễn 3D 1.1.3 Ứng dụng đồ hoạ 3D 1.2 DỰNG ẢNH 3D TỪ DỮ LIỆU ẢNH Y TẾ DICOM .13 1.2.1 Chuẩn DICOM 13 1.2.1.1 Giới thiệu 13 1.2.1.2 Phần Header 14 1.2.1.3 Tập liệu - Data Set .15 1.2.2 Dựng hình 3D dựa vào ảnh DICOM .18 Chương 2: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KỸ THUẬT DỰNG HÌNH 3D 28 2.1 TRÍCH CHỌN CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG THEO ĐƢỜNG BIÊN .28 2.1.1 Lựa chọn đặc trưng 28 2.1.2 Biên kỹ thuật phát biên 29 2.1.2.1 Một số khái niệm: 29 2.1.2.2 Phân loại kỹ thuật phát biên 30 2.1.2.3 Quy trình phát biên 31 2.1.2.4 Phương pháp phát biên cục 31 2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP BIỂU DIỄN BỀ MẶT .36 2.2.1 Bề mặt đa giác 37 2.2.1.1 Biểu diễn lƣới đa giác .37 2.2.1.2 Phƣơng trình mặt phẳng 40 a) Phƣơng trình hàm ẩn 40 b) Xác định điểm mặt phẳng .42 2.2.2 Bề mặt bậc hai 43 2.2.2.1 Hình cầu 43 2.2.2.2 Ellipsoid 43 2.2.2.3 Hình xuyến 44 2.2.2.4 Bề mặt tròn xoay .45 2.2.3 Bề mặt có qui luật 45 2.2.4 Bề mặt bậc Hermite 46 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.2.5 Bề mặt Bezier 48 2.2.6 Ghép nối bề mặt bậc 49 2.2.7 Pháp tuyến với mặt phẳng .50 2.3 THUẬT TOÁN “ĐO ĐỘ SAI SỐ BẬC HAI QEM” 51 2.3.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ GIẢ THIẾT BAN ĐẦU CỦA BÀI TOÁN .51 2.3.1.1 Qui ước cách biểu diễn vật thể .51 2.3.1.2 Các yêu cầu giữ nguyên hình dạng hình học vật thể .52 2.3.1.3 Phương pháp đánh giá độ xấp xỉ 53 2.3.2 Ý tưởng bước thuật toán 56 2.3.2.1 Ý tưởng 56 2.3.2.2 Các bước thuật toán .56 2.3.3 Tập cặp đỉnh xem xét & loại bỏ 57 2.3.3.1 Tập cặp đỉnh .57 2.3.3.2 Phép loại bỏ cặp đỉnh .57 2.3.4 Hàm xác định giá .57 2.3.4.1 Đại lượng sai số bậc hai ( QEM ) .60 2.3.4.2 Xác dịnh trọng số mặt 61 2.3.4.3 Xác định vị trí đỉnh 62 2.3.5 Kiểm tra tính tồn vẹn .63 Chương 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 65 3.1 BÀI TOÁN 65 3.2 CHƢƠNG TRÌNH .67 PHẦN KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/ Chữ viết tắt B -reps Viết đầy đủ Ý nghĩa Boulldary representationl DICOM CT MRI PET SPECT CAD biểu diễn bề mặt lƣu Communications in trữ, thu/nhận Medicine pháp Tiêu chuẩn để bắt tay, Digital Imaging and phƣơng in ấn hình ảnh y tế Computed Tomography Scanner Magnetic Resonance Chụp cắt lớp vi tính Chụp cộng hƣởng từ Imaging Positron Emission Cắt Tomography lớp phát xạ posirtron Chụp cắt lớp ddienj Single Photon Emission Computed Tomography toán phát xạ Photon Computer Aided Draft Sử dụng máy tính Computed Assisted q trình thiết kế lập Design vẽ Thuật toán đơn giản 10 QEM Quadric Error Metric biểu diễn bề mặt đa diện sử dụng độ đo sai số bậc hai Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dạng ma trận biến đổi hệ tọa độ Hình Bề mặt đƣợc chiếu sáng hai loại nguồn sáng Hình 1.3 Hình ảnh dự án nghiên cứu CHARM tay ngƣời Hình 1.4 Hình ảnh việc nghiên cứu hộ sọ ngƣời theo tạp chí địa chỉ: http://www.ahs.uic.edu Hình 1.5 Câu trúc file DICOM Hình 1.6 Cấu trúc phần tử liệu phần Header Hình 1.7 Cấu trúc phần tử liệu DICOM Hình 1.8 Biểu diễn lớp cắt không gian tọa độ xyz Hình 2.1 Lƣới đa giác xác định số Hình 2.2 Lƣới đa giác xác định danh sách cạnh cho đa giác ( λ biểu diễn giá trị rỗng) Hình 2.3 Biểu diễn mặt cầu lƣới đa giác Hình 2.4 Tham số   sử dụng để biểu diễn hình cầu Hình 2.5 Phác họa ellipsoїd Hình 2.6 Một hình xuyến có tâm gốc toạ độ Hình 2.7 a) Xƣơng bề mặt tròn xoay b) Mặt cắt đứng bề mặt tròn xoay c) Bề mặt tròn xoay Hình 2.8 Biểu diễn theo tham số bề mặt có qui luật Hình 2.9 Bề mặt Bezier với 16 điểm điều khiển chúng Hình 2.10 Kết nối hai bề mặt cong Hình 2.11 Kết nối hai bề mặt Bezier với điểm điều khiển chung P14, P24, P34 P44 Hình 2.12 Một vật thể gồm nhiều khối hộp đặt sát đƣợc giảm thiểu theo cách Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn v Hình 2.13 Mơ tình khơng gian hai chiều Hình 2.14 Mặt vng đƣợc “lát” hình tam giác khác Hình 2.15 Sau loại bỏ cặp xuất mặt bị ngƣợc Hình 2.16 Giải pháp QEM Hình 3.1 Đọc ảnh DICOM Hình 3.2 Dữ liệu ảnh chƣa đƣợc xác định biên Hình 3.3 Dữ liệu ảnh sau xác định biên mơ hình Hình 3.4 Kết tạo mơ hình 3D kỹ thuật tạo lƣới liệu 3D Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 57 - Thay cặp đỉnh vừa loại bỏ (vi , vj ) đỉnh v - Cập nhật tất giá cặp liên quan Điểm cần ý giá phải loại bỏ lớn phép loại bỏ có chất lƣợng Chúng ta lần lƣợt phân tích bƣớc thuật toán phần dƣới 2.3.3 Tập cặp đỉnh đƣợc xem xét & loại bỏ 2.3.3.1 Tập cặp đỉnh Đây bƣớc phải xác định bắt đầu thuật tốn, phƣơng án dễ hình dung chọn tất cạnh khối đa diện biểu diễn vật thể, giải pháp tốt nhƣ vật thể khối đơn độc (single component) Tuy nhiên vật thể bao gồm nhiều khối tách biệt, nhƣ ví dụ trình bày, phƣơng án chƣa đủ Việc bổ sung thêm số cặp đỉnh không phảỉ cạnh vào tập xét duyệt cần thiết Trong thuật toán QEM, cặp đỉnh đƣợc đƣa vào tập xét duyệt nếu:  (vi , vj ) cạnh,  (vi , vj ) không cạnh || vi , vj || < r Trong r giá trị định trƣớc ngƣời dùng Thực chất lúc cài đặt, xác định quanh đỉnh mặt cầu bán kính r, tất điểm lân cận nằm mặt cầu với tâm mặt cầu tạo thành cặp đỉnh đƣa vào tập xét duyệt 2.3.3.2 Phép loại bỏ cặp đỉnh Ký hiệu bƣớc biến đổi (vi , vj )  v Nó gồm có bƣớc con:  Dịch chuyển toạ độ vi vj vị trí v  Thay vj vi tất mặt tam giác liên quan  Loại bỏ đỉnh vj khỏi danh sách Thực chất hai đỉnh vi vj đƣợc chập lại làm đỉnh bƣớc sau ta dịch chuyển chúng đến vị trí thích hợp bƣớc thứ 2.3.4 Hàm xác định giá Mục tiêu thuật tốn QEM nhanh chóng đƣa kết đầu có chất lƣợng tốt từ vật thể cho trƣớc ban đầu Một thuật tốn có hiệu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn 58 thuật tốn có độ phức tạp bậc O(n) để đƣa vật thể có n mặt mức độ đơn giản định Trong thời gian thực vòng lặp để loại bỏ đối tƣợng, hàm giá đƣợc sử dụng nhiều lần để xác định cặp đỉnh cần đƣợc loại bỏ vị tí tối ƣu đỉnh Để làm đƣợc nhƣ cần phải có phƣơng án cho hàm giá để tính tốn cách nhanh chóng, quan trọng hơn, phải thực có ý nghĩa để đánh giá đƣợc xấp xỉ mặt hình học hay khoảng cách hai vật thể sau bƣớc loại bỏ, cuối khơng cần có nhiều ràng buộc mơ hình đầu vào để xử lý đƣợc trƣờng hợp đa dạng thƣờng gặp thực tế Trong phương pháp đánh giá độ xấp xỉ, xem xét qua phƣơng án thƣờng sử dụng việc xác định khoảng cách vật thể không gian ba chiều Các đại lƣợng Eavg Emax cho kết tốt nhƣng đòi hỏi thời gian tính tốn nhiều, số khác cho kết nhanh nhƣng khơng đủ để xác định tính xấp xỉ hai mặt không gian ba chiều Thuật toán QEM sử dụng đại lƣợng gọi sai số bậc hai để xác định hàm giá Về chất, thuật tốn tính tốn dựa giá trị tổng bình phƣơng khoảng cách đỉnh đến mặt, mặt thiết kế cài đặt sử dụng kết nghiên cứu ma trận dạng toàn phƣơng Với cách biểu diễn khéo léo, thuật toán cho kết tốt chất lƣợng đầu lẫn hiệu cài đặt cụ thể thuật toán Với đỉnh có tập mặt tƣơng ứng với đỉnh Nhƣ ta biết, không gian ba chiều, mặt phẳng đƣợc biều diễn phƣơng trình: nTv + d = (2.35) : n = [a,b,c]T (2.36) a2 + b + c = (2.37) Với phƣơng trình mặt nhƣ vậy, bình phƣơng khoảng cách từ điểm v = [x, y, z]T đến mặt cho đƣợc biểu diễn công thức : D2(v) = (nT v + d)2 = (ax + by + cz + d)2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (2.38) http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 Mỗi tập mặt tƣơng ứng với đỉnh ta có đại lƣợng: Eplane (v) = d i (v)   (niT v  d i ) i (2.39) i đại lƣợng dễ dàng áp dụng vào thuật tốn QEM Từ mơ hình ban đầu gồm tập đỉnh mặt, với đỉnh i xét tập Pi gồm mặt giao đỉnh Khi hai đỉnh đƣợc chập làm phép biến đổi (vi,vj)  v; tập mặt ứng với đỉnh v Pi Pj Nhƣ vậy, vấn đề xuất phải quản lý tập Pi phát sinh này; Thực tế, dung lƣợng cần cho nhớ khơng có thay đổi bề mặt tập Pi thực chất chuyển từ tập sang tập khác mà không tăng số lƣợng Để dễ hình dung, xét không gian chiều dƣới đây, khoảng cách đến mặt đƣợc thay khoảng cách đến đƣờng thẳng Hình 2.13 Mơ tình khơng gian hai chiều Hai đỉnh vi vj có tập cạnh Pi : {A, C} Pj = {B, C) tƣơng ứng , thuật toán hai đỉnh đƣợc chập làm vị trí v ta có tập cạnh P = Pi  Pj : {A, B, C} Giả sử đại lƣợng Eplane đại lƣợng đo Khi đó, vị trí v phải thoả mãn cho tổng bình phƣơng khoảng cách từ v tới ba đƣờng A, B, C nhỏ Một tốn mà biết: quĩ tích điểm có tổng bình phƣơng khoảng cách đến đƣờng thẳng cho trƣớc r đƣờng elip, r nhỏ elip nhỏ, đạt giá trị nhỏ elip suy biến thành điểm điểm tâm đƣờng trịn nội tiếp tam giác tạo đƣờng thẳng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 2.3.4.1 Đại lƣợng sai số bậc hai (QEM) Tập mặt ứng với đỉnh tổng bình phƣơng khoảng cách tới đỉnh ý tƣởng thuật toán thiết kế phƣơng án để đo hàm giá, nhiên để cài đặt đƣợc ngơn ngữ lập trình đó, đại lƣợng đối tƣợng cần đƣợc biến đổi cách thích hợp nhƣ sau: Ta biến đổi công thức (2.38): D2(v) = (nT v + d)2 trở thành: = (nT v + d)(nT v + d) (2.40) = (vT nnT v + 2dnT v + d2) (2.41) = (vT (nnT )v + 2(dnT )v + d2) (2.42) : nnT ma trận : (2.43) Chúng ta định nghĩa đại lƣợng Q ba : Q = (A,b,c) (2.44) đó: A = nnT , b = (dnT )T c = d2 Với mặt phẳng cho trƣớc ta có đại lƣợng Q bình phƣơng khoảng cách điểm v tới mặt phẳng đƣợc xác định bởi: Q(v) = vTAv + 2bTv + c (2.45) Cần ý tập mặt Q(v) = ε tạo nên tập đƣờng đồng mức có dạng mặt elip, parabol, hyperbol mặt phẳng Một điều thuận tiện Q đại lƣợng đặc trƣng cho mặt, việc biểu thị đƣợc bình phƣơng khoảng cách điểm đến mặt đó, cịn đại lƣợng tuyến tính, nghĩa là, ta có hai mặt phẳng i j cho trƣớc : Qi(v) + Qj(v) = (Qi + Qj)(v) (2.46) : Qi + Qj = (Ai + Aj , bi + bj , ci + cj ) (2.47) Tổng quát hơn, ta có : EQ (v) = D i i (v)   Qi (v)  Q(v) (2.48) i Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 Nhƣ vậy, để tính tổng bình phƣơng khoảng cách từ điểm tới tập mặt phẳng cho trƣớc, cần tính tổng đại lƣợng Q ứng với mặt phẳng Khi cài đặt, Q đƣợc cài đặt cấu trúc có 10 trƣờng (A ma trận đối xứng nên cần 6, b ma trận 3x1 cần c đại lượng vô hướng cần 1), cho dù QEM có đại diện cho hay tập mặt kích thƣớc khơng đổi Điều thuận tiện cho thao tác hợp, thêm xố mặt vịng lặp loại bỏ cặp đỉnh thuật toán QEM Dùng đại lƣợng Q hay tổng bình phƣơng khoảng cách để đánh giá xấp xỉ hình học trình biến đổi cho ta kết có chất lƣợng cao Có điểm cần phải đề cập tới hai đỉnh tạo nên cạnh đa diện hai tập hợp mặt ứng với chúng có hai mặt trùng lặp, ta thực phép hợp hai tập mặt trùng hợp bị loại trừ, nhƣng dùng phép cộng tuyến tính hai đại lƣợng Q hai mặt bị trùng đƣợc tính hai lần Thực tế q trình thực mặt bị tính tới lần ứng với cạnh tam giác lần lƣợt bị loại bỏ Chúng ta xem xét cách giải vấn đề việc gán trọng số cho mặt dƣới 2.3.4.2 Xác dịnh trọng số mặt Trong phần trình bày trên, mặt có vai trị bình đẳng hay trọng số mặt Trong thực tế, áp dụng nhƣ có trƣờng hợp cho ta kết không tốt không lƣờng hết đƣợc Giả sử vật thể ban đầu ta có vài mặt lớn mặt khác lại nhỏ, loại bỏ mặt lớn dẫn tới việc làm thay đổi đáng kể hình dạng vật thể ban đầu Phƣơng án đánh trọng số phải thể đƣợc tính quan trọng mặt Một tình khác nhƣ hình 2.14 a) Mặt vng b) Mặt vng Hình 2.14 Mặt vng “lát” hình tam giác khác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 Ta có mặt vng đƣợc phủ tam giác theo hai cách khác nhau, tam giác có Q nhƣ nhau, đại lƣợng Q cho mặt vuông 9Q trƣờng hợp thứ hai 18Q Rõ ràng hình vng cho hai giá trị nhƣ không hợp lý Phƣơng án đánh trọng số phải đƣợc thiết kế cho vùng đại lƣợng Q phải nhƣ đƣợc phủ tam giác nhƣ Trong thuật toán QEM, trọng số cho đại lƣợng Q mặt diện tích mặt Khi đại lƣợng Q tổng đƣợc tính theo cơng thức sau: Q = (wA , wb, wc) (2.49) Q(v) = vT (wA)v + 2(wb)T v + (wc) (2.50) EQ = Σ wiQi(v) = ( Σ wiQi )(v) (2.51) wi diện tích mặt i Với cách đánh trọng số nhƣ vậy, hai vấn đề đặt đƣợc giải Để giải tình loại bỏ trùng lặp phần trƣớc nêu, tính thêm yếu tố trọng số, giá trị góc tam giác, tính tốn Q tổng đỉnh, chúng nhân thêm giá trị góc mặt tam giác đỉnh Nhƣng ta bỏ yếu tố coi mặt quan trọng mặt ngồi biên lặp lại trọng số 2.3.4.3 Xác định vị trí đỉnh Với cặp đỉnh (vi , vj ) cho ta cần tìm vị trí đỉnh v sau cho Qi (v) + Qj (v) = (Qi + QJ )(v) đạt giá trị cực tiểu Nhƣ ta biết, Q đại lƣợng bậc hai, để đạt cực tiểu v ta có : (2.52) Lấy đạo hàm phần, ta có gradient Q v : Q = Av + 2b (2.53) Giải phƣơng trình : Q = (2.54) ta có : v = A-1 b (2.55) Nghiệm vị trí tối ƣu đỉnh v Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 2.3.5 Kiểm tra tính tồn vẹn Chúng ta phân tích thêm số yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng đầu mà thuật toán QEM xem xét giải cách gia tăng thêm trọng số để vịng lặp khơng lựa chọn phải phƣơng án Yếu tố thứ bề mặt vật thể có chi tiết đặc biệt dễ gây tác động đến ngƣời xem ví dụ nhƣ nếp nhăn, trình thực mà loại bỏ chi tiết nhiều trƣờng hợp khơng chấp nhận đƣợc Về mặt hình học, chi tiết nằm vùng có độ cong biến đổi lớn, có số nghiên cứu rằng, việc đánh giá sai số hàm bậc hai nhƣ QEM vùng nhƣ bị động chạm đến, vậy, thân thuật toán loại bỏ đƣợc yếu tố Yếu tố thứ hai cần xem xét có số trƣờng hợp sau loại bỏ cặp đỉnh thay vào cặp đỉnh hình dạng cuối bị thay đổi đột ngột Chúng ta xem hình vẽ dƣới : Hình 2.15 Sau loại bỏ cặp xuất mặt bị ngược Về mặt hình học, mặt bị thay có vectơ pháp tuyến gần nhƣ ngƣợc với mặt ban đầu Giải pháp phổ biến dễ hình dung phải kiểm tra vectơ pháp tuyến so với ban đầu, góc tạo hai vectơ lớn ngƣỡng biến đổi coi đƣợc gán trọng số lớn Thuật toán QEM sử dụng phƣơng án khác Chúng ta xem hình vẽ Hình 2.16 Giải pháp QEM Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 Mỗi đỉnh vi có tập cạnh đối diện tam giác tƣơng ứng không chứa vj, lập tập mặt phẳng qua cạnh vng góc với mặt tam giác chứa cạnh đó, để tránh cho vị trí v khơng tạo tƣợng lật ngƣợc mặt nhƣ trình bày vi v phải phía với tất mặt phẳng vừa tạo Làm phép kiểm tra tƣơng tự v vj Nếu hai phép kiểm tra bị vi phạm phép loại bỏ hai cặp đỉnh bị gán trọng số lớn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 Chương 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán Tƣ tƣởng phƣơng pháp là: Từ ảnh thu đƣợc thông qua thiết bị chụp cắt lớp, tiến hành xây dựng lƣới 3D cách với ảnh tiến hành xác định biên mơ hình ảnh Tiếp theo đó, từ tập biên lấy đƣợc từ tập ảnh, xây dựng mơ hình 3D Cụ thể phƣơng pháp đƣợc trình bày nhƣ sau: Kỹ thuật thực qua bƣớc:  Bước 1: Đọc ảnh DICOM lấy liệu Tại bƣớc thực đọc ảnh DICOM đƣợc cung cấp bới thiết bị chụp cắt lớp Hình 3.1 Đọc ảnh DICOM Chúng ta đọc lấy liệu ảnh từ ảnh DICOM đầu vào, sau coi phần liệu ảnh nhƣ ảnh thông thƣờng  Bước 2: Lấy biên mơ hình ảnh thời cách tạo điểm quanh biên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 Sau đọc lấy đƣợc liệu ảnh từ ảnh DICOM, sử dụng thuật toán xử lý ảnh, tiến hành khoanh vùng biên mơ hình 3D ảnh dựa vào màu sắc: Trong kỹ thuật xử lý liệu ảnh đen trắng, kỹ thuật màu trắng đƣợc xác định màu mơ hình Hình 3.2 Dữ liệu ảnh chưa xác định biên Hình 3.3 Dữ liệu ảnh sau xách định biên mơ hình  Bước 3: Tạo lƣới biên thời Do ảnh DICOM tập ảnh đƣợc lƣu trữ có xếp theo chiều chụp thiết bị (kiểu ngăn xếp), nên cần xếp liên kết biên theo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 thứ tự tùy mức độ chi tiết mơ hình Lƣới 3D mơ hình đƣợc tạo nên sếp liên kết biên [7]  Bước 4: Tạo mơ hình 3D Sau có lƣới 3D, coi lƣới nhƣ geometry thông thƣờng render Và kết quả: Hình 3.4 Kết tạo mơ hình 3D kỹ thuật tạo lưới liệu 3D 3.2 Chƣơng trình Chƣơng trình đƣợc xây dựng ngơn ngữ lập trình Microsoft Visual C# môi trƣờng Windows XP, đƣợc thiết kế với chức năng: đọc ảnh DICOM, tính điểm, xây dựng lƣới dựng mơ hình 3D - Đọc ảnh liệu ảnh DICOM Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 - Tính điểm cho lát cắt - Xây dựng lƣới từ điểm, xác định biên ảnh - Dựng mơ hình 3D Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN KẾT LUẬN Kỹ thuật tái tạo ảnh ba chiều từ liệu ảnh y tế DICOM đƣợc sử dụng y tế từ khoảng 20 năm trở lại hỗ trợ nhiều cho việc chẩn đoán bác sĩ Hình ảnh ba chiều có ích cần tạo hình ảnh tồn cấu trúc giải phẫu Chúng ta thu đƣợc hình ảnh toàn tim, hệ thống mạch máu não hay cột sống mà không cần phải giải phẫu Các phần mềm tái tạo ảnh ba chiều từ ảnh y tế DICOM đ ƣợc sử dụng nƣớc ta phần mềm nƣớc ngoài, phần mềm tiến xa kỹ thuật Tuy nhiên, bác sĩ nhiều thời gian thao tác để tạo hình ảnh ba chiều Hƣớng phát triển tăng khả tự động cho phần mềm, nâng cao độ phân giải tức l phân biệt đƣợc chi tiết giải phẫu nằm gần tƣơng t ự nhau, tăng tốc độ thực Một hƣớng phát triển cho phần mềm thuộc dạng phần mềm chun mơn hóa, nghĩa chun tái tạo hình ảnh ba chiều phận ví dụ nhƣ răng, mặt, mạch máu,… Đề tài “Phục dựng hình ảnh 3D từ liệu ảnh y tế DIOCM” đạt đƣợc kết định: Đọc ảnh DICOM, tính tốn xác định điểm, dựng lƣới liệu dựa điểm, tạo mô hình 3D Hƣớng phát triển đề tài xây dựng bề mặt có phƣơng trình Sau q trình nghiên cứu làm luận văn với dẫn nhiệt tình thầy giáo hƣớng dẫn em học đƣợc cách tìm hiểu, phân tích nghiên cứu vấn đề khoa học Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân nỗ lực, cố gắng, đầu tƣ nhiều thời gian, công sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài nhận đƣợc bảo, định hƣớng tận tình thầy giáo hƣớng dẫn anh, chị trƣớc nhƣng hạn chế mặt thời gian khó khăn việc tìm kiếm tài liệu, hạn chế mặt kiến thức thân, nên chƣa có đƣợc kết thực hồn hảo Kính mong thầy cô giáo nhƣ bạn đồng nghiệp bảo giúp đỡ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Hồng Kiếm,Dƣơng Anh Đ ức, Lê Dình Duy,Vũ Hải Quân, (2003), Cơ sở đồ họa máy tính, NXB Giáo dục [2] Đỗ Năng Tồn, Phạm Việt Bình (2008), Giáo trình Xử lý ảnh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Lƣơng Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thuỷ (2003), Nhập môn xử lý ảnh số,NXB Khoa học kỹ thuật [4] LÊ TẤN HÙNG, PHẠM THỊ THU HIỀN, “Đơn giản bề mặt ứng dụng phân mức không gian ảo”, Báo cáo hội thảo ICT.rda'03, Hà Nội ngày 22-23, tháng năm 2003 [5] Ngơ Thu Lƣơng, Nguy ễn Minh Hằng (2000), Tốn cao cấp 2, NXB Đại học Quốc gia TPHCM [6] Huỳnh Quyết Thắng, Lê Tấn Hùng (2006), “Ứng dụng thƣ viện BK_GRAPHICS xây dựng phần mềm xử lý ảnh y học V_DOCTOR theo chuẩn DICOM” [7] Đỗ Năng Toàn (2002), "Biên ảnh số tính chất", Tạp chí Khoa học Công nghệ, số ĐB:40, tr 41-48 [8] Nguyễn Văn Hồng nhóm tác giả Elicom (2002), Tự học Visual C++6 21 ngày [9] VN Guide Tổng hợp & Biên dịch, NXB Thống kê, Visual Basic 6.0 cho người, 2002 Tiếng Anh [10] http://web.cs.wpi.edu/~matt/courses/cs563/talks/powwie/p1/ray-cast.htm [11] http://medical.nema.org [12] http://www.quazar.de/uk/produkt/dicom/DicomNetOffice/dicomnetoffice.htm [13] G.Scott Owen (1999), HyperVis Teaching Scientific Visualization Using Hypermedia ACM SIGGRAPH Education Committee, the National Science Foundation (DUE -9752398), and the Hypermedia and Visualization Laboratory, Georgia State Univer sity Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [14] Richard Szeliski (1999), Stereo Algorithms and Representations for Image - Based Rendering BMVC99 [15] Daniel Scharstein Richard Szeliski (11/2001), A Taxonomy and Evaluation of Dense Two -Frame Stereo Correspondence Algorithms Technical Report MSR-TR-2001-81 [16] Robyn Owens (1997).Stereo [17] Christian Heipke (Lehrstuhl für Photogrammetrie und Fernerkundung Technische Universitäi Müchen) , Overview of Image Matching Technique [18] Nassir Navab (12/2005), 3D Computer Vison Camera Models, Courses CAP5415 [19] Marc Pollefeys (1/2003), Multiple View Geometry in Computer Vision Courses Comp 290-089 [20] Mubarak Shah (7/1997), Fundamentals of Computer Vision, University of Central Florida [21] Richard Szeliski (2001), Image and Video -Based modeling and rendering [22] http://www.dicom.com/ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn