[發明專利]一種高效的脊柱斷層掃描圖像三維重建方法

在審

• 申請號: 201811384730.0
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109598784A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 王淼淼;劉俠;劉歡
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種的脊柱斷層掃描圖像三維重建方法，提出了一種改進的高效率的Ray Casting方法來解決上述問題，本發明在圖像預處理模塊，增加包圍盒技術，使用Ray Casting算法進行采樣操作時，只需要考慮投影到像素平面上的多邊形發出的投射光線，投射光線從第一個采樣點開始，計算采樣點與包圍盒之間的距離，當距離為0時表示計入包圍盒內部，開始進行采樣操作，在光線投射算法的圖像合成階段，采樣點使用從前到后的合成方式進行色彩合成，投射光線穿過包圍盒的體素時，不透明度會逐漸累加，當這個數值接近1時代表已經接近完全不透明，后面的體素不再對圖像屏幕的顯示有所貢獻，便可提前終止采樣操作，可視化模塊調用VTK(Visualization Toolkit)類庫，通過人機交互界面顯示三維圖像的內部細節，并可以對圖像進行旋轉、平移、縮放等個性化操作。

技術領域

本發明涉及醫療領域，尤其涉及脊柱斷層掃描圖像的三維可視化。

背景技術

醫學圖像的三維重建技術在醫學領域占領著尤為重要的地位，人們通常是通過手術治療脊椎方面的疾病，往往通過肉眼觀察脊柱二維圖像時無法直觀的觀察到病灶的位置、大小和形狀等信息，會使準確率降低，效率低下，醫生可以通過三維圖像更直觀清晰的觀察病灶的細節信息，我們想要獲得更為詳細的內部細節就要使用體繪制算法，而在三維重建算法中的Ray Casting算法是體繪制中最具代表性的算法，Ray Casting算法由Levoy提出，是一種基于圖像空間的最為經典的體繪制算法，此算法遍歷每個體素，計算量較大，因此通過改進來提高此算法的效率尤為重要。

發明內容

本發明針對傳統的Ray Casting算法在進行三維重建的過程中速度過慢的問題，提出了一種改進的高效率的Ray Casting算法來解決上述問題。

為了實現如上目標，本發明提供了之下技術方案：

在圖像預處理模塊，增加包圍盒技術：將體數據包圍在一個長方體的盒子中，這個長方體是包圍有效體數據的最小長方體，將包圍盒投影到像素平面上，使用Ray Casting算法進行采樣操作時，只需要考慮投影到像素平面上的多邊形發出的投射光線，投射光線從第一個采樣點開始，計算采樣點與包圍盒之間的距離，當距離為0時表示計入包圍盒內部，開始進行采樣操作，在光線投射算法的圖像合成階段，采樣點使用從前到后的合成方式進行色彩合成，投射光線穿過包圍盒的體素時，不透明度會逐漸累加，當這個數值接近1時代表已經接近完全不透明，后面的體素不再對圖像屏幕的顯示有所貢獻，便可提前終止采樣操作，可視化模塊調用VTK (Visualization Toolkit)類庫，通過人機交互界面顯示三維圖像的內部細節，并可以對圖像進行旋轉、平移、縮放等個性化操作。

作為本發明優選：增加包圍盒技術，使用Ray Casting算法進行采樣操作時，只需要考慮投影到像素平面上的多邊形發出的投射光線，投射光線從第一個采樣點開始，計算采樣點與包圍盒之間的距離，當距離為0時表示計入包圍盒內部，開始進行采樣操作。

作為本發明優選：投射光線穿過包圍盒的體素時，不透明度會逐漸累加，當這個數值接近1時代表已經接近完全不透明，后面的體素不再對圖像屏幕的顯示有所貢獻，便可提前終止采樣操作。

作為本發明優選：可視化模塊調用VTK (Visualization Toolkit)類庫，通過人機交互界面顯示三維圖像的內部細節，并可以對圖像進行旋轉、平移、縮放等個性化操作。

與現有的技術對比，本發明有以下有益效果：改進后的算法比傳統的Ray Casting算法相比，減少了無效體素對三維重建的影響，提高了此算法的執行效率，而且不影響圖像的繪制效果。

附圖說明

圖1為快速的脊柱斷層掃描圖像三維重建方法流程圖。

具體實施方式：