[發(fā)明專利]一種高效的椎骨CT圖像三維重建方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011514100.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN112652053A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱鑫;劉俠;高任遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T15/06
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種高效的椎骨CT圖像三維重建方法，屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；為了彌補(bǔ)臨床醫(yī)學(xué)實(shí)際操作和教學(xué)研究中，尤其在椎弓根螺釘置入手術(shù)中，脊柱模型三維重建時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，光滑度不足的問(wèn)題，本發(fā)明針對(duì)經(jīng)典的Ray Casting算法中需要遍歷每一個(gè)體素導(dǎo)致重建速度過(guò)慢的問(wèn)題，提出了一種在傳統(tǒng)算法上改進(jìn)的Ray Casting算法來(lái)解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題；重建完成后可視化階段選擇可視化工具包VTK(Visualization Toolkit)完成三維圖像的可視化和縮放、旋轉(zhuǎn)等交互操作，方便醫(yī)生和科研人員更為清晰和方便的觀察出三維圖像的內(nèi)部細(xì)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療領(lǐng)域，尤其涉及了脊柱外科和科學(xué)研究中一種脊柱CT圖像三維重建的方法。

背景技術(shù)

近些年來(lái)，脊柱類疾病越來(lái)越朝著年輕化和城市化的方向發(fā)展，診斷治療時(shí)醫(yī)生需要觀察多張圖像，不僅效率低，診斷的錯(cuò)誤率也比較高，而術(shù)前進(jìn)行準(zhǔn)確的病灶分析是非常重要的，為了更好的掌握脊柱各節(jié)椎骨內(nèi)部細(xì)節(jié)和具體病灶信息以及設(shè)計(jì)手術(shù)方案，需要對(duì)脊柱CT圖像進(jìn)行三維重建，對(duì)于重建模型的精度要求很高。而在三維重建算法中的RayCasting算法是體繪制中最為經(jīng)典的算法，Ray Casting算法由Levoy提出，是一種基于圖像空間的體繪制算法，該算法遍歷每個(gè)體素，計(jì)算量較大，重建速度較慢，因此通過(guò)改進(jìn)來(lái)提高此算法的效率尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的Ray Casting算法在進(jìn)行三維重建的過(guò)程中渲染速度過(guò)慢的問(wèn)題，提出了一種高效的改進(jìn)Ray Casting算法來(lái)解決上述問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

在光線投射過(guò)程中，通過(guò)分析標(biāo)量值變化率確定特征重要性，快速識(shí)別視線方向上的重要特征，降低不重要特征對(duì)繪制結(jié)果圖像的貢獻(xiàn)，為進(jìn)一步優(yōu)化重要特征的視覺(jué)感知，引入反銳化掩模技術(shù)對(duì)視線方向上局部采樣點(diǎn)的光照值作低通濾波處理，進(jìn)而對(duì)高頻采樣點(diǎn)的光照值進(jìn)行加權(quán)，增強(qiáng)重要特征的視覺(jué)感知，且局部的平滑及加權(quán)處理節(jié)省了GPU硬件資源，對(duì)重建的渲染速度起到了提高作用，有利于實(shí)時(shí)的體數(shù)據(jù)可視化及分析。對(duì)包含椎骨興趣區(qū)域的體素進(jìn)行有效篩選，對(duì)重要特征的相關(guān)體素進(jìn)行加權(quán)處理，增加重要特征體素的權(quán)重，降低不重要體素權(quán)重，可加速遍歷速度，完成對(duì)椎骨興趣區(qū)域的特征提取，最后利用可視化模塊，調(diào)用可視化工具包VTK中Render和RenderWindow將繪制結(jié)果在電腦窗口中渲染顯示，設(shè)置vtkRender類中的光照、原點(diǎn)位置、視角等信息實(shí)現(xiàn)對(duì)Actor的渲染，并實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等交互操作。

作為本發(fā)明優(yōu)選：引入反銳化掩模技術(shù)增強(qiáng)重要特征的視覺(jué)感知，且局部的平滑及加權(quán)處理節(jié)省了GPU硬件資源，對(duì)重建的渲染效果和速度都起到了提高作用。

作為本發(fā)明優(yōu)選：利用可視化工具包VTK進(jìn)行個(gè)性化的可視化操作，并且可以根據(jù)操作者需要進(jìn)行個(gè)性化功能設(shè)置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：所述椎骨CT圖像三維重建方法，與傳統(tǒng)體繪制Ray Casting算法相比較，減少了不重要特征對(duì)三維重建的影響，增強(qiáng)了重要特征重建的可視化效果，進(jìn)而不僅保證了渲染效果，還減少了重建時(shí)間，效率更高，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)操作和教學(xué)研究需要提供技術(shù)支持。

附圖說(shuō)明

圖1為高效的椎骨CT圖像三維重建方法流程圖。

具體實(shí)施方式：

結(jié)合本發(fā)明實(shí)例中的附圖，下面對(duì)本發(fā)明中的具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述，很明顯，所說(shuō)明的實(shí)施例不是全部的實(shí)施例，而只是本發(fā)明中的一部分，對(duì)于本發(fā)明中的實(shí)施例，在本領(lǐng)域里的普通技術(shù)人員在沒(méi)有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)而獲得的，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。