数字重建放射影像生成算法研究与实现(4)

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本文以数字重建放射影像生成算法为研究对象，讨论了数字重建放射影像的生成方法。论文重点讨论了基于光线跟踪算法实现的数字重建放射影像的生成。全文共分四章，各章的内容组织安排如下：

第一章为绪论，介绍了本文对数字重建放射影像技术的研究目的与意义和数字重建放射影像的定义、在放射治疗计划系统中的作用以及面临的问题。介绍了数字重建放射影像技术相关研究进展。给出了本文的研究背景和相关的研究内容。

第二章主要介绍了数字重建放射影像所涉及的一些关键技术，如交集选择策略和灰度插值方法。介绍了数字重建放射影像的基本原理，对数字重建放射影像的生成进行了详细的说明，介绍了CT和窗宽窗位的相关知识，调窗技术，对数据集的遍历算法等。

第三章阐述了设计思路以及说明了数字重建放射影像技术的具体实现方法，并对所要处理使用的两种图像结构以及对核心代码进行了说明。

第四章为总结与展望，总结了本文的工作和其中的不足之处．井对接下来所要做的工作进行了展望。

2 数字重建放射影像

数字重建放射影像是模拟X射线穿过人体，对人体的器官或组织进行三维重建，最后得到高质量灰度图像的过程。即数字重建放射影像技术通过处理大量三维数据最后生成具有三维空间信息的灰度图像。因此，数字重建放射影像实际上就是可视化技术在三维空间场的具体应用。那么通过对可视化技术的了解，数字重建放射影像的生成算法是属于直接体绘制技术的。通过学习了解，直接体绘制技术中的光线跟踪算法已经非常成熟，采用的光线跟踪算法来进行数字重建放射影像，会方便的得到高质量的的图像。计算机图形学的核心算法之一的光线跟踪算法由Appel在1968年提出，也被称为光迹追踪，能够将物体真实地显示出来，具有良好的成像效果。光线跟踪方法是沿着到达视点的光线的反方向跟踪，遍历经过屏幕上的像素，直到找出物体表面与视线的交点，之后运用符合物理光学定律的函数进行计算，持续跟踪直到找出所有影响交点光强值的光源，计算出交点上光强的精确值，最终生成图像。这样处理得到的结果图像具有非常好的光学效果，并且处理效率非常高，还有着更准确的模拟效果，所以常常使用这种方法去追求高质量的结果图像。

在物理学中，光线跟踪方法可以用来计算光线在介质中传播的情况。光束在介质中传播时很可能会被介质吸收，从而改变传播方向或者射出介质表面等。最终能够解决这种复杂的情况，即通过计算理想化的窄光线通过介质中的情形来实现。

在实际应用中，可以假设一种情况，即将各种电磁波或者微小粒子看成理想化的光线，那么就可以利用光线跟踪来计算光线在介质中传播的情况。光线跟踪方法首先计算出一条光线在被介质吸收，或者改变方向前，于介质中传播的距离，方向以及所处的新位置，然后从这个新位置产生出一条新的光线，再使用同样的处理方法，最终可以计算出光线在介质中传播的完整路径。由于该算法是成像系统的完全模拟过程，所以能够模拟生成非常复杂的图像。