如何使用Web進行醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

　　基于客戶端的醫(yī)學(xué)圖像三維可視化系統(tǒng)僅能運行于指定的單一平臺，限制了醫(yī)學(xué)圖像可視化系統(tǒng)的推廣，提高了系統(tǒng)的使用門檻。本文基于WebGL技術(shù)，實現(xiàn)了一個無插件的醫(yī)學(xué)圖像可視化系統(tǒng)。體數(shù)據(jù)渲染常用的一種方法為光線投射算法，傳統(tǒng)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(tǒng)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(shù)的飛速發(fā)展，計算機可視化成為一門新興的計算機圖形學(xué)方面重要的應(yīng)用學(xué)科，它將抽象的數(shù)學(xué)符號轉(zhuǎn)化成肉眼能夠直接觀察到的圖像，使研究學(xué)者更加方便觀察結(jié)構(gòu)。醫(yī)學(xué)圖像三維重建［1］在醫(yī)學(xué)診斷中扮演著越來越重要的角色，利用計算機圖形學(xué)技術(shù)將CT、MRI 等數(shù)據(jù)圖像成像技術(shù)所獲取的人體信息利用計算機重構(gòu)為三維圖像，并在計算機中顯示出來，在臨床治療，手術(shù)和醫(yī)學(xué)教學(xué)方面等有很大的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)可視化方法較多，國際上應(yīng)用比較成熟且廣泛的主要包括：

　　1） 基于商業(yè)數(shù)據(jù)可視化軟件二次開發(fā)，利用其提供的接口實現(xiàn)，如Amira ［2］、Mimics ［3］等。其軟件十分成熟，能夠快速、高質(zhì)量地實現(xiàn)對醫(yī)療體數(shù)據(jù)的可視化；但是商業(yè)軟件的開發(fā)與使用成本非常昂貴，客戶端必須安裝相應(yīng)的軟件環(huán)境才能實現(xiàn)對應(yīng)的功能。

　　2） 基于開源軟件包開發(fā)，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(huán)境中實現(xiàn)建模與繪制。這種方法具有開源免費的優(yōu)點，能夠靈活實現(xiàn)醫(yī)療體數(shù)據(jù)的可視化；但開發(fā)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(tǒng)的醫(yī)療體數(shù)據(jù)可視化方法依賴于桌面環(huán)境，開發(fā)、維護和使用成本較高。隨著HTML5 ［8］標準的提出與大規(guī)模應(yīng)用，基于瀏覽器的WebGL ［9］圖形技術(shù)提供了優(yōu)良的三維可視化途徑。與傳統(tǒng)客戶端方法相比，WebGL 具有以下優(yōu)勢：

　　1） 平臺兼容性。網(wǎng)絡(luò)平臺支持各種操作系統(tǒng)，在代碼上實現(xiàn)了統(tǒng)一化開發(fā)，用戶可以自由選擇使用環(huán)境，特別是便攜式移動終端技術(shù)的發(fā)展（如智能手機和平板電腦等），跨平臺性的優(yōu)勢更加明顯。

　　2） 開發(fā)靈活性。WebGL 是免費開源的技術(shù)標準，減低了開發(fā)成本，對代碼的升級和系統(tǒng)的維護都是在服務(wù)器端統(tǒng)一處理，減少了客戶端的負擔(dān)，并且網(wǎng)絡(luò)平臺很容易集成到其他的一些業(yè)務(wù)系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)平臺擁有良好的用戶體驗?zāi)Ｊ剑脩粝駷g覽網(wǎng)頁一樣使用可視化系統(tǒng)，并且用戶可以在移動終端上隨時隨地使用可視化系統(tǒng)，極大地方便了用戶。

　　體數(shù)據(jù)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(yīng)用最廣泛的方法。本研究基于WebGL，使用光線投射算法實現(xiàn)醫(yī)療體數(shù)據(jù)的可視化。然而醫(yī)療體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量比較大，并且光線投射算法計算復(fù)雜度較高，傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)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(chǔ)提出一套醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。