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随着先进医疗成像设备，如多层螺旋CT、超高场MR、SPECT、PET/CT等逐渐投入医学临床应用，基于影像信息的诊断与诊疗成为重大疑难疾病诊治的重要技术途径。而新型医学图像扫描方式(如增强CT、增强MRI及动态CT等)使图像数据量成倍数增加，除图像的像素信息外，还有维度信息、设备成像信息等相关信息。此外，新的成像设备产生的图像拥有更高的空间分辨率和更高时间分辨率，不仅能够达到各向同性，甚至能够达到各时同性，一般PACS系统提供的二维的医学图像显示方式已不能够满足目前医学图像大数据量、大信息量的需求，三维及多维可视化已成为放射影像诊断显示与处理的必要手段。
本课题利用可视化工具包VTK(Visualization Tool Kit)，提供的基本框架，设计并实现一个基于开源的、廉价而高效的多模态医学图像多维可视化系统，以扩展PACS影像诊断工作站的多维显示与处理能力，实现多维可视化在放射影像临床应用。
本论文的主要研究工作和创新点如下：
1.研究了具有开放性和可扩展性的多模态医学图像可视化系统的设计方法。提出了基于开源VTK基本框架、采用面向对象方法和组件化技术、及使用“管线”(Pipeline)处理模式设计多模态医学图像多维可视化系统的设计方案，并予以实现；
2.对多维图像数据处理流程、内存管理、多图像对象共享数据源、及相关显示功能方面进行了深入研究。实现了三维图像的多层次细节显示、多数据对象集成、数据对象之间同步交互，实现了多模态医学图像的多平面重建(MPR)、最大密度投影(MIP)、直接体绘制(VR)、表面遮盖显示(SSD)等显示模式，及多叠层体数据的动态四维等可视化功能；
3.将基于GPU的硬件图像加速技术柔性集成到多模态医学图像可视化系统设计之中。根据最新GPGPU通用计算功能、利用AMD Stream架构，将光线投射算法以内核的形式通过硬件执行，使三维图像可视化处理和显示速度提高近8.8倍。
4.将设计研发的多模态医学图像可视化系统以组件方式无缝集成到已有PACS显示工作站之中。经临床应用证明，设计研发的多模态医学图像可视化系统达到放射影像诊断要求。本项研究工作可使已有PACS系统具有强大三维可视化处理与显示功能，为放射科医生提供一个廉价、简洁、高效、易用和实用的新型影像诊断平台，提高医疗诊治效率和品质。