[發明專利]一種引入散射模型的快速體繪制三維超聲圖像重建算法

在審

• 申請號: 201910534008.9
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110298915A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 陳曉冬;鄧惟心;盛婧;汪毅;蔡懷宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本發明公開一種引入散射模型的快速體繪制三維超聲圖像重建算法，本算法在光線投射算法基礎上引入相函數來考慮周圍體素的影響。由于光線的散射方向理論上是無限條，對每條光線追蹤計算運算量很大，因此采用蒙特卡洛抽樣相函數的方式計算隨機方向散射的能量。通過將多個抽樣樣本進行平均，可得到更貼近現實且光滑的三維重建結果。傳統光線投射算法計算效率較低，本算法通過引入包圍盒和八叉樹結構對數據進行預處理，采用非等距采樣方式，加快體數據的重建速度。

技術領域

本發明涉及三維超聲內鏡成像領域，具體涉及一種引入散射模型的快速體繪制三維超聲圖像重建算法。

背景技術

超聲內鏡通過醫用電子內鏡的活檢通道將帶有超聲換能器的探頭送入人體，通過發射和接收超聲波并對回波信號處理計算，可以得到人體內部器官的斷層掃描圖像，從而對相應位置病變進行檢測。

傳統的二維超聲成像只能顯示人體某一特定位置的組織截面信息，只能通過經驗判斷組織的三維結構，不利于保持診斷結果的客觀準確；三維超聲內鏡將超聲換能器的旋轉掃描和軸向移動相結合獲取三維超聲圖像數據，再對數據進行三維重建，即可得到三維超聲圖像。三維超聲圖像可以直觀顯示待測組織的三維空間結構，從而提高檢測的準確率。

常用的三維重建算法可分為面繪制算法和體繪制算法兩種。面繪制算法通過提取目標物體某一屬性的閾值來確定待繪制數據點，用三角面片連接等值面進行目標物體表面的繪制再根據法線方向設置顏色進行渲染。此法雖然繪制速度快，但會丟掉體數據中很多人體組織關鍵部位的信息，因此并不適用于三維超聲成像領域。

目前主流的體繪制算法為光線投射算法，即從圖像的每一個像素，沿固定方向發射一條穿越整個圖像序列的光線，在這個過程中，對圖像序列進行采樣。由于每個采樣點的顏色和透明度對該像素在屏幕上最終的顯示結果均有一定影響，依據光線吸收模型將各個采樣點的顏色值和透明度進行疊加從而得到最終重建的結果。但這種算法只考慮了觀察路徑(光線方向)上的體素，而沒有考慮到周圍體素的散射對最終三維圖像重建結果的影響，重建效果有待提升。同時，在超聲體數據中，包含許多對最終成像結果無影響的點，傳統的光線投射算法會對這些點進行多次計算，耗時較長，降低算法的運行效率。

發明內容

本發明的目的是在傳統的光線投射算法上進行改進以進一步提高三維超聲圖像的重建效果和重建速度。提出一種引入散射模型的快速體繪制三維超聲圖像重建算法，光線投射算法只考慮觀察路徑上的體素，本算法在此基礎上引入相函數來考慮周圍體素的影響。由于光線的散射方向理論上是無限條，對每條光線追蹤計算運算量很大，因此采用蒙特卡洛抽樣相函數的方式計算隨機方向散射的能量。通過將多個抽樣樣本進行平均，可得到更貼近現實且光滑的三維重建結果。傳統光線投射算法計算效率較低，本算法通過引入包圍盒和八叉樹結構對數據進行預處理，采用非等距采樣方式，加快體數據的重建速度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種引入散射模型的快速體繪制三維超聲圖像重建算法，包括以下步驟：

步驟101，讀取三維超聲成像獲得的體數據；

步驟102，對體數據進行預處理，去除數據中的噪聲點；

步驟103，選取合適的包圍盒去除體數據中外圍的空體素；包圍盒到像面上的投影區域是光線的采樣區域；

步驟104，分析體數據的灰度分布情況，根據數據點灰度值的不同將其分成空氣、組織等類別；

步驟105，對不同的體素進行顏色和透明度賦值，顏色根據需要自行設定，透明度的值域為(0,1)，其中0表示完全透明，視線可以完全通過；1表示完全不透明，視線無法穿過；

步驟106，根據顏色和透明度值構造八叉樹、分離空體素和有效體素；