[發(fā)明專利]一種面向醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分層剝離體繪制方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910096421.8
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101488233A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁榮華;李誠;譚國珍;包佳蕊;吳福理;黃鮮萍;蔣莉;毛劍飛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 王 兵;王利強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分層剝離體繪制方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，醫(yī)學(xué)可視化已經(jīng)從輔助診斷發(fā)展成為輔助治療的重要手段，并將深入到各個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。70年代以后，通過計算機X射線斷層投影(CT)、核磁共振(MRI)以及超聲波等醫(yī)學(xué)成像技術(shù)得到的二維數(shù)字?jǐn)鄬訄D像序列中，已包含了人體內(nèi)各種器官的三維信息，但是僅僅依靠這種二維數(shù)字?jǐn)鄬訄D像卻很難直觀地體現(xiàn)或確定物體的三維結(jié)構(gòu)以及它們相互之間的關(guān)系。而醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)可視化就是運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，在三維空間中將醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)生成為人體器官或組織的三維圖像，從而在屏幕上形象逼真地顯示人體組織內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這樣，醫(yī)生可以通過人機交互對該三維圖像進行縮放、旋轉(zhuǎn)、位移、切片處理、多層顯示、分割、提取組織器官等一系列操作，幫助醫(yī)生做出準(zhǔn)確的診斷和制定正確的手術(shù)方案。由于人體的三維信息在醫(yī)學(xué)診斷治療等許多臨床領(lǐng)域所具有的特殊應(yīng)用價值，近年來三維醫(yī)學(xué)圖像的可視化技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注。

三維醫(yī)學(xué)圖像可視化技術(shù)中的一種重要方法是直接體繪制技術(shù)，較傳統(tǒng)的面繪制而言，體繪制表達了人體內(nèi)部的組織信息，因此具有高度的保真性，已經(jīng)成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)可視化領(lǐng)域的一個研究熱點。然而在通常的醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)繪制過程中，由于計算量很大，因此存在圖像生成速度慢、實時性難以保證等缺點。近年來，隨著計算機運算能力的增強和硬件技術(shù)的發(fā)展，研究者提出了利用可編程管線的圖形處理器(GPU)的并行計算能力來提高體繪制的速度，從而使繪制速度接近實時。

另一方面，在醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)體繪制的研究領(lǐng)域中，由于許多醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)集將不同的人體組織用相同的標(biāo)量值來表示，使得我們關(guān)心的組織被一些不重要的組織所遮擋，例如，在核磁共振成像數(shù)據(jù)集中，腦組織被具有相同標(biāo)量值范圍的皮膚和脂肪組織所包圍，如果利用傳遞函數(shù)將代表腦組織的標(biāo)量值設(shè)為不透明，那么周圍的軟組織也將被設(shè)不透明，以至于在可視化之后大腦仍然會被周圍的軟組織遮擋。而這種遮擋很難通過設(shè)計傳遞函數(shù)的方法來解決。再者設(shè)計傳輸函數(shù)是一件非常繁瑣耗時的工作，通常并不能滿足臨床應(yīng)用的需要。因此，如何將醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)中我們感興趣的組織區(qū)域快速剝離出來并進行實時繪制已經(jīng)成為一個亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)不同組織間的遮擋問題，計算復(fù)雜、準(zhǔn)確性低、不能滿足臨床應(yīng)用的要求的不足，本發(fā)明提供一種有效解決不同組織間的遮擋問題、計算簡單、準(zhǔn)確性高、能滿足臨床應(yīng)用的要求的面向醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分層剝離體繪制方法及其系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種面向醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分層剝離體繪制方法，所述的分層剝離方法包括以下步驟：

1)、導(dǎo)入醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)；

2)、利用光線投射算法，沿光線方向?qū)w數(shù)據(jù)采樣，通過計算相鄰的不透明度極小值和極大值之間的斜率，并根據(jù)用戶指定的斜率閾值和累積不透明度閾值確定分層點，包括：

(2.1)、沿光線尋找具有不透明度極小值的采樣點A，并記錄采樣點A的位置Pa以及不透明度值A(chǔ)a；

(2.2)、沿光線尋找A點之后的第一個具有不透明度極大值的采樣點B，并記錄B點的位置Pb以及不透明度值A(chǔ)b；

(2.3)、根據(jù)公式l_AB＝(Ab-Aa)/(Pb-Pa)計算采樣點A、B之間的斜率l_AB；

(2.4)、由用戶指定一個斜率閾值L；

(2.5)、比較l_AB與L：僅當(dāng)l_AB＞L時，將采樣點A點作為一個分層點；

(2.6)、否則，轉(zhuǎn)(2.1)，繼續(xù)尋找能夠滿足分層要求的采樣點；

3)、從每條光線上不同組織的分層點處開始，利用光線投射算法進行直接體繪制，包括：

(3.1)、在分層點處將累計不透明度A′_i重置為零；

(3.2)、根據(jù)公式A′_i＝A′_i-1+(1-A′_i-1)A_i，對該分層點之后的每個采樣點進行不透明度累加；

(3.3)、指定累積不透明度閾值A(chǔ)_acc，當(dāng)A′_i＞A_acc時，當(dāng)前分層結(jié)束繪制。