臺灣博碩士論文加值系統

摘 要

操作容積的立體顯像及手術模擬可讓臨床醫師做精確的診斷或讓外科醫師驗証及修改手術計劃。雖然彼此不為平行的非整列斷層片在臨床上常被使用著，但目前尚未有人以由非整列斷層片所形成的非整列容積為研究對象。在本計劃，我們以先前對傳統容積的容積視覺化和手術模擬的工作為基礎，藉完成下列工作來達到非整列容積之視覺化及手術模擬的目的。
1. 推導非整列容積與傳統容積及幾何空間之間的轉換關係。
2. 由’1’之轉換關係，修改適用於傳統容積之表面重建法，以開發非整列容積之表面重建法，並探討非整列容積中法線的計算方法，以開發非整列容積之視覺化演算法及程式。

最後我們以配合臨床病例驗證或修改所開發的轉換公式、表面重建、法線計算和試作系統。

Abstract

3D rendition and surgical simulation by manipulating volume data assist clinicians to make more diagnosis, and let surgeons to verify and modify surgical plans. In this paper, for the first time, we focus on the volume formed by unaligned cross sections (unaligned volume) used frequently in recent clinical cases. Based on our previous works of volume visualization and surgical simulation for traditional volumes, we develop the methods of volume visualization and surgical simulation for unaligned volumes in this project. We achieve the purpose by the following works.
1. Introducing the transformation formulas of the unaligned volume between the traditional volume and the unaligned volume between Cartesian space.
2. Using the formulas, we modify the isosurface reconstruction algorithm for the traditional volume to obtain the one for the unaligned volume. We also develop the algorithm for computing the surface normal in the aligned volume; then, develop the algorithms and routine for visualizing the unaligned volume.
Finally, we use clinical cases to verify the isosurface reconstruction and surface normal computation.

第一章 導論 ……………………………………………………………1
第一節 研究背景……………………………………………………………1
第二節 研究目的……………………………………………………………1
第三節 論文架構……………………………………………………………2
第二章 新舊系統整合…………………………………………………3
第一節 Visual C++的Document/View架構 ……………………………3
第二節 合併方法……………………………………………………………7
第三節 使用物件導向方法加入所需的功能………………………………11
第四節 視窗程式流程說明…………………………………………………15
第三章 非整列容積同質面的建構法 ……………………………24
第一節 容積座標與世界座標的差異………………………………………24
第二節 建構方法……………………………………………………………25
第三節 正常slice的三角片畫法…………………………………………28
第四節 容積座標對應到三維空間的位置…………………………………30
第五節 平移(translate) …………………………………………………37
第六節 放大(scale) ………………………………………………………41
第七節 旋轉(rotate) ……………………………………………………45
第八節 對slice做translate ……………………………………………56
第九節 容積中心的算法……………………………………………………61
第四章 法向量的計算 …………………………………………………67
第一節 計算表面法向量的方法……………………………………………67
第二節 灰階梯度法…………………………………………………………67
第五章 結果與實例………………………………………………………71
第一節 頭顱顯像結果………………………………………………………71
第二節 脊椎關節顯像實例…………………………………………………74
第三節 操作介面說明………………………………………………………95
第六章 結論與討論………………………………………………………98
第一節 結論…………………………………………………………………98
第二節 討論…………………………………………………………………98

參考文獻[Chen 85] Lih-Shyang Chen et al., “Surface Shading in th Cuberille Environment”,IEEE CG&A,December 1985,pp.33-43.[Chen 94] Chen,L.S., Chen,J.P., Chen,S.C. and Liu,P.W., 1994, “A Distributed and Interactive Three-Dimensional Medical Image System”, Computerized Medical Imaging & Graphics, Vol.18, No.5, pp.325-337.[David 96] David R. Musser and Atul Saini, STL Tutorial and Reference Guide: C++ Programming with the Standard Template Library, Addison Wesley, ISBN: 0-201-63398-1, 1996.[Edward 97] Edward Angel,Interactive Computer:A Top-Down Approach with OpenGL,Addison Wesley, ISBN:0-201-85571-2,1997.[Ivor 98] Ivor Horton, Beginning Visual C++6 ,1998 Wrox Press.[Ivor 98] Ivor Horton, Beginning C++:The Complete Language.[Lorensen 87] Lorensen, W.E. and Cline, H.E., 1987, “Marching Cubes: A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm”, ACM SIGGraph Computer Graphics, Vol.21, No.4, pp.163-169.[Richard 99] Richard Wright, OPEN GL SUPERBIBLE,2nd EDITION,2000,GOTOP[Tiede 90] UlfTided et al,.”Investigation of Medical 3D-Rendering Algorighm”,IEEE CG&A,Vol.3,No.8,March 1990,pp41-53.[Tsai 96] Tsai, M.D., Hsieh, M.S., Chang,W.C. and Wang, S.K., 1996, “Volume Manipulation Algorithms for SimulatingMusculoskeletal Surgery”, Pacific Graphics ‘96, pp.220-234.[楊95] 楊理程, 3D visualizing algorithms for MRI volume data scanned from various directions, 中原大學資訊工程學系碩士論文,1995.[張 99] 張傑智, Volume Rendering Algorithms for Achieving real-time Interactive Purposes under Virtual Reality Simulator,中原大學資訊工程學系碩士論文,1999.[翁01] 翁健欽,The approach to restruct different object’s surface in the same tissue type in volume, 中原大學資訊工程學系碩士論文,2001.[廖01] 廖志明, Volume Based Simulation System for Various surgeries of The Musculoskeletal System, 中原大學資訊工程學系碩士論文,2001.[侯 01] 侯俊傑,深入淺出MFC第二版,2001,松岡.