如何使用Web进行医学体数据可视化系统的设计实现

　　基于客户端的医学图像三维可视化系统仅能运行于指定的单一平台，限制了医学图像可视化系统的推广，提高了系统的使用门槛。本文基于WebGL技术，实现了一个无插件的医学图像可视化系统。体数据渲染常用的一种方法为光线投射算法，传统的光线投射算法需要进行大量的插值运算，三维重建速度较慢。本文通过对传统的光线投射算法进行改进，从选取采样点、插值运算、提前光线截止等方面进行改进，从而提高了三维重建的速度，基本满足实时交互的需要。

　　随着计算机技术的飞速发展，计算机可视化成为一门新兴的计算机图形学方面重要的应用学科，它将抽象的数学符号转化成肉眼能够直接观察到的图像，使研究学者更加方便观察结构。医学图像三维重建［1］在医学诊断中扮演着越来越重要的角色，利用计算机图形学技术将CT、MRI 等数据图像成像技术所获取的人体信息利用计算机重构为三维图像，并在计算机中显示出来，在临床治疗，手术和医学教学方面等有很大的应用前景。现阶段医学体数据可视化方法较多，国际上应用比较成熟且广泛的主要包括：

　　1） 基于商业数据可视化软件二次开发，利用其提供的接口实现，如Amira ［2］、Mimics ［3］等。其软件十分成熟，能够快速、高质量地实现对医疗体数据的可视化；但是商业软件的开发与使用成本非常昂贵，客户端必须安装相应的软件环境才能实现对应的功能。

　　2） 基于开源软件包开发，如VTK ［4］、ITK ［5］、MITK ［6］或OpenGL ［7］等，配合C 语言等编程语言在桌面程序环境中实现建模与绘制。这种方法具有开源免费的优点，能够灵活实现医疗体数据的可视化；但开发的桌面程序不具备跨平台性，软件的升级与维护困难，提高了用户的使用成本。

　　可见传统的医疗体数据可视化方法依赖于桌面环境，开发、维护和使用成本较高。随着HTML5 ［8］标准的提出与大规模应用，基于浏览器的WebGL ［9］图形技术提供了优良的三维可视化途径。与传统客户端方法相比，WebGL 具有以下优势：

　　1） 平台兼容性。网络平台支持各种操作系统，在代码上实现了统一化开发，用户可以自由选择使用环境，特别是便携式移动终端技术的发展（如智能手机和平板电脑等），跨平台性的优势更加明显。

　　2） 开发灵活性。WebGL 是免费开源的技术标准，减低了开发成本，对代码的升级和系统的维护都是在服务器端统一处理，减少了客户端的负担，并且网络平台很容易集成到其他的一些业务系统中，可以无缝地为用户提供更加强大的功能。

　　3） 用户体验性。网络平台拥有良好的用户体验模式，用户像浏览网页一样使用可视化系统，并且用户可以在移动终端上随时随地使用可视化系统，极大地方便了用户。

　　体数据可视化有光线投射法、抛雪球方法和频域绘制法［10］，其中光线投射法［10］是应用最广泛的方法。本研究基于WebGL，使用光线投射算法实现医疗体数据的可视化。然而医疗体数据的数据量比较大，并且光线投射算法计算复杂度较高，传统方法无法实现实时绘制。因此本文基于WebGL 提出一种改进的光线投射算法，并且以此为基础提出一套医学体数据可视化系统。