如何使用Web進行醫學體數據可視化系統的設計實現

　　基于客戶端的醫學圖像三維可視化系統僅能運行于指定的單一平臺，限制了醫學圖像可視化系統的推廣，提高了系統的使用門檻。本文基于WebGL技術，實現了一個無插件的醫學圖像可視化系統。體數據渲染常用的一種方法為光線投射算法，傳統的光線投射算法需要進行大量的插值運算，三維重建速度較慢。本文通過對傳統的光線投射算法進行改進，從選取采樣點、插值運算、提前光線截止等方面進行改進，從而提高了三維重建的速度，基本滿足實時交互的需要。

　　隨著計算機技術的飛速發展，計算機可視化成為一門新興的計算機圖形學方面重要的應用學科，它將抽象的數學符號轉化成肉眼能夠直接觀察到的圖像，使研究學者更加方便觀察結構。醫學圖像三維重建［1］在醫學診斷中扮演著越來越重要的角色，利用計算機圖形學技術將CT、MRI 等數據圖像成像技術所獲取的人體信息利用計算機重構為三維圖像，并在計算機中顯示出來，在臨床治療，手術和醫學教學方面等有很大的應用前景?，F階段醫學體數據可視化方法較多，國際上應用比較成熟且廣泛的主要包括：

　　1） 基于商業數據可視化軟件二次開發，利用其提供的接口實現，如Amira ［2］、Mimics ［3］等。其軟件十分成熟，能夠快速、高質量地實現對醫療體數據的可視化；但是商業軟件的開發與使用成本非常昂貴，客戶端必須安裝相應的軟件環境才能實現對應的功能。

　　2） 基于開源軟件包開發，如VTK ［4］、ITK ［5］、MITK ［6］或OpenGL ［7］等，配合C 語言等編程語言在桌面程序環境中實現建模與繪制。這種方法具有開源免費的優點，能夠靈活實現醫療體數據的可視化；但開發的桌面程序不具備跨平臺性，軟件的升級與維護困難，提高了用戶的使用成本。

　　可見傳統的醫療體數據可視化方法依賴于桌面環境，開發、維護和使用成本較高。隨著HTML5 ［8］標準的提出與大規模應用，基于瀏覽器的WebGL ［9］圖形技術提供了優良的三維可視化途徑。與傳統客戶端方法相比，WebGL 具有以下優勢：

　　1） 平臺兼容性。網絡平臺支持各種操作系統，在代碼上實現了統一化開發，用戶可以自由選擇使用環境，特別是便攜式移動終端技術的發展（如智能手機和平板電腦等），跨平臺性的優勢更加明顯。

　　2） 開發靈活性。WebGL 是免費開源的技術標準，減低了開發成本，對代碼的升級和系統的維護都是在服務器端統一處理，減少了客戶端的負擔，并且網絡平臺很容易集成到其他的一些業務系統中，可以無縫地為用戶提供更加強大的功能。

　　3） 用戶體驗性。網絡平臺擁有良好的用戶體驗模式，用戶像瀏覽網頁一樣使用可視化系統，并且用戶可以在移動終端上隨時隨地使用可視化系統，極大地方便了用戶。

　　體數據可視化有光線投射法、拋雪球方法和頻域繪制法［10］，其中光線投射法［10］是應用最廣泛的方法。本研究基于WebGL，使用光線投射算法實現醫療體數據的可視化。然而醫療體數據的數據量比較大，并且光線投射算法計算復雜度較高，傳統方法無法實現實時繪制。因此本文基于WebGL 提出一種改進的光線投射算法，并且以此為基礎提出一套醫學體數據可視化系統。