專(zhuān)利名稱(chēng)：一種體繪制裁剪面繪制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種三維圖像可視化技術(shù)，尤其涉及一種體繪制裁剪面繪制方法。
背景技術(shù)：
在醫(yī)學(xué)影像工程中，CT，MR等醫(yī)學(xué)成像設(shè)備均產(chǎn)生人體某一部位的二維斷層圖像， 由一系列平行的二維斷層圖像來(lái)記錄人體的三維信息，在醫(yī)學(xué)診斷中，醫(yī)務(wù)人員通過(guò)觀(guān)察 多組二維斷層圖像，在大腦中進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的重建，以此來(lái)確定病變體的空間結(jié)構(gòu)。這就難 以準(zhǔn)確確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀及與周?chē)锝M織之間的關(guān)系。因此，在醫(yī) 學(xué)診斷觀(guān)察中，從一系列二維斷層圖像生成三維圖像是越來(lái)越需要和迫切的。根據(jù)醫(yī)學(xué)圖 像的圖像質(zhì)量要求和特點(diǎn)，現(xiàn)在大多采用體繪制方法中的光線(xiàn)跟蹤算法來(lái)重建三維圖像。 為了診斷觀(guān)察的目的和加快成像速度減少數(shù)據(jù)量，需要對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)行一定的裁剪，在三維 產(chǎn)品中最常用的裁剪是數(shù)據(jù)體立方體裁剪和視平面裁剪。數(shù)據(jù)體的裁剪是減少數(shù)據(jù)體計(jì)算 量提高有效的采樣率加快效率，視平面裁剪是便于診斷和觀(guān)察的需要。三維可視化技術(shù)對(duì)于臨床醫(yī)學(xué)的精確診斷以及手術(shù)計(jì)劃越來(lái)越重要的作用。先 進(jìn)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是先進(jìn)的醫(yī)學(xué)圖像處理與分析的基礎(chǔ)，特別是多排CT與高場(chǎng)MR帶給臨 床的是更快的掃描速度(0. 5S)、更高的圖像分辨率(0. 3MM)、更多的單個(gè)病人數(shù)據(jù)量(> 2000層)、更廣泛的臨床應(yīng)用(CTA，MRA)等，與此同時(shí)，需要更豐富的軟件處理能力。在醫(yī) 學(xué)診斷中，醫(yī)務(wù)人員通過(guò)觀(guān)察多組二維斷層圖像，在大腦中進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的重建，以此來(lái)確 定病變體的空間結(jié)構(gòu)。這就難以準(zhǔn)確確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀及與周?chē)?組織之間的關(guān)系。因此，從一系列二維斷層圖像生成三維圖像在醫(yī)學(xué)觀(guān)察中是越來(lái)越需要 和迫切。對(duì)于過(guò)去長(zhǎng)期使用單排CT的醫(yī)生來(lái)說(shuō)，先進(jìn)影像設(shè)備不是簡(jiǎn)單的硬件上的提升， 也是診斷技術(shù)、診斷方式上的革命性的改變。如果依然延續(xù)過(guò)去單排CT或普通MR的掃描、 處理、診斷方式，在很大的程度上，沒(méi)有發(fā)揮設(shè)備革命性的升級(jí)對(duì)診斷上的重大的影響，而 是簡(jiǎn)單地把先進(jìn)設(shè)備認(rèn)為是圖像更好，速度更快的影像設(shè)備，在臨床的作用將受到我們傳 統(tǒng)應(yīng)用觀(guān)念和方法上的限制，而沒(méi)有得到最大程度上的發(fā)揮。要充分發(fā)揮先進(jìn)影像設(shè)備臨 床應(yīng)用價(jià)值，挖掘海量數(shù)據(jù)的診斷內(nèi)容，就需要從常規(guī)的2D閱片工作站與時(shí)俱進(jìn)到3D專(zhuān)業(yè) 工作站.醫(yī)生可以從大量圖像數(shù)據(jù)中，找到真正有價(jià)值的圖像，減少了診斷信息上的疏漏。 除放射科室以外，3D醫(yī)療影像在手術(shù)計(jì)劃以及教學(xué)演示等，同樣起著相當(dāng)重要的作用。醫(yī)生 依靠先進(jìn)的PACS系統(tǒng)和數(shù)字化3D專(zhuān)業(yè)軟件，可以更直觀(guān)、精確地、多角度來(lái)觀(guān)察組織形態(tài) 結(jié)構(gòu)，真正享受由專(zhuān)業(yè)軟件帶來(lái)的快速、有效、直觀(guān)的工作環(huán)境。3D專(zhuān)業(yè)工作站系統(tǒng)將為臨 床閱片提供新一代的解決方案。在兼容傳統(tǒng)的2D閱片工作站的基礎(chǔ)上，提供更適合醫(yī)生認(rèn) 識(shí)與思維的診斷信息。根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像精度高、內(nèi)容豐富的要求，容積重建(VR，Volume Rendering)是所有 三維重建中最合適的重建方式。容積重建分為以物體著手的對(duì)象重建算法和以及重建結(jié)果 著手的圖像型重建算法，對(duì)象型重建算法中常用的是光線(xiàn)跟蹤(Ray casting)算法，圖像型 重建算法中常用的是拋雪球(Splat)算法，以及由兩種混合的錯(cuò)切(Shear-warp)算法。以上算法從計(jì)算復(fù)雜度的角度來(lái)看，都需要三維空間采樣，復(fù)雜度高，而且三維重建的數(shù)據(jù)量 本身是“海量”的，常常直接造成效率很低，重建速度讓人難以接受。在不降低重建圖像質(zhì)量的前提下提高重建速度，一種最有效的方式是減少與診斷 不相關(guān)的數(shù)據(jù)體，從而減少了大量的計(jì)算量。醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)恰好就符合這種情況，在人體周?chē)?存在這大量的空氣圖像，這些圖像不僅對(duì)重建三維圖像沒(méi)有任何意義，而且往往帶來(lái)干擾。 如果能對(duì)其進(jìn)行去除不僅可以加快速度，而且有利于醫(yī)務(wù)人員的觀(guān)察和診斷。另外，為了診 斷具體的組織，需要在視線(xiàn)方向?qū)M織進(jìn)行觀(guān)察，這需要在垂直視線(xiàn)的方向上進(jìn)行裁剪，從 而可以觀(guān)察的物體內(nèi)部，這也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)體的視平面方向裁剪，并需要對(duì)裁剪面進(jìn)行處 理，使得其便于觀(guān)察?，F(xiàn)有技術(shù)中一般是把剪切面看做數(shù)學(xué)平面，然后根據(jù)直線(xiàn)與平面的交進(jìn)行解析獲 取交點(diǎn)，這種方法在視角體繪制正規(guī)相交時(shí)比較方便，但是一旦旋轉(zhuǎn)視角，需要對(duì)各個(gè)面進(jìn) 行數(shù)學(xué)解析，同時(shí)對(duì)交點(diǎn)的結(jié)果還需要與包圍體進(jìn)行前后的判斷，計(jì)算量大而且復(fù)雜，同時(shí) 對(duì)視角剪切面的處理需要更多的判斷才能得到其空間邏輯關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種體繪制裁剪面繪制方法，本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有兩種裁剪的方式， 采用進(jìn)出交點(diǎn)快速跳躍裁剪方法，并對(duì)剪切面特殊光照處理使得剪切面繪制出來(lái)，該方法 不僅速度快而且繪制的結(jié)果有利于觀(guān)察和醫(yī)學(xué)診斷。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種體繪制裁剪面繪制方法，其包括以下步驟A.根據(jù)DICOM圖像標(biāo)準(zhǔn)中的TAG標(biāo)記建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系；B.建立數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)；C.根據(jù)視角投影方向進(jìn)行裁剪參數(shù)計(jì)算；D.光線(xiàn)跟蹤算法處理裁剪面，完成繪制。所述的坐標(biāo)系坐標(biāo)以像素為最小單位。以所述圖像序列切片的左上點(diǎn)為原點(diǎn)，行方向?yàn)閄軸，列方向y軸正向，切片序列 方向?yàn)棣戚S正向，根據(jù)以下參數(shù)建立坐標(biāo)系圖像序列的第i幅圖像的第1個(gè)像素的空間坐標(biāo)(1彡i彡N)，符號(hào)Pm (xm，ym， zm)，坐標(biāo)單位為物理單位毫米(mm)；圖像序列單位行向量，符號(hào)「= (X,,H)，為向量，無(wú)單位；圖像序列單位列向量，符號(hào)Γ = (Xe，H)，為向量，無(wú)單位；圖像序列單位法向量，符號(hào)7 = (fl ,b，C )，為向量，無(wú)單位；圖像序列中，每個(gè)像素代表的實(shí)際物理寬度，符號(hào)Sw，坐標(biāo)單位為物理單位毫米 (mm)；圖像序列中，每個(gè)像素代表的實(shí)際物理高度，符號(hào)sh，坐標(biāo)單位為物理單位毫米 (mm)；圖像序列中，每幅圖像的寬度，符號(hào)W，以像素為單位；圖像序列中，每幅圖像的高，符號(hào)H，以像素為單位；視線(xiàn)矢量，符號(hào)Γ 二(。~乂)，為向量，無(wú)單位；三維數(shù)據(jù)體體素為相鄰的八個(gè)像素值形成，在進(jìn)行三維的繪制過(guò)程中，根據(jù)光線(xiàn) 采樣原理進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣點(diǎn)賦予光照參數(shù)，進(jìn)行光照合成，最后得到重建圖像，三維數(shù) 據(jù)體的體素為P(i，j，k)，其中，W彡i彡0，H彡j彡0，N彡k彡0，W為圖像的寬，H為圖像 的高，N為序列中圖像數(shù)；在三維體繪制中，變換矩陣表示為T(mén)view，標(biāo)識(shí)從視圖坐標(biāo)到數(shù)據(jù)體坐標(biāo)，Tvoxel 變換表示從數(shù)據(jù)體到視圖坐標(biāo)的變化，Tvoxel與Tview互為可逆的變化關(guān)系，坐標(biāo)系UVW是視圖坐標(biāo)系，其中的坐標(biāo)可以用空間點(diǎn)View(u，ν, w)表示，XYZ坐 標(biāo)系表示三維物體坐標(biāo)系，其坐標(biāo)可以用World(X，y，z)來(lái)表示，在已知視角繞U，V，W旋轉(zhuǎn) α , β , Y角度之后，則兩坐標(biāo)系的變換矩陣Tview
權(quán)利要求
1.一種體繪制裁剪面繪制方法，其特征在于包括以下步驟A.根據(jù)DICOM圖像標(biāo)準(zhǔn)中的TAG標(biāo)記建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系；B.建立數(shù)據(jù)體結(jié)構(gòu)；C.根據(jù)視角投影方向進(jìn)行裁剪參數(shù)計(jì)算；D.光線(xiàn)跟蹤算法處理裁剪面，完成繪制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體繪制裁剪面繪制方法，其特征還在于所述的坐標(biāo)系 坐標(biāo)以像素為最小單位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種體繪制裁剪面繪制方法，其特征還在于以所述圖像序 列切片的左上點(diǎn)為原點(diǎn)，行方向?yàn)閄軸，列方向y軸正向，切片序列方向?yàn)棣戚S正向，根據(jù)以 下參數(shù)建立坐標(biāo)系圖像序列的第i幅圖像的第1個(gè)像素的空間坐標(biāo)(1彡i彡N)，符號(hào)Pm (Xm，ym，zm)， 坐標(biāo)單位為物理單位毫米(mm)；圖像序列單位行向量，符號(hào)Γ = (xr>yr,zr),為向量，無(wú)單位； 圖像序列單位列向量，符號(hào)Γ = (n，z>為向量，無(wú)單位； 圖像序列單位法向量，符號(hào)^T = (a ’b ,c )，為向量，無(wú)單位；圖像序列中，每個(gè)像素代表的實(shí)際物理寬度，符號(hào)Sw，坐標(biāo)單位為物理單位毫米(mm)； 圖像序列中，每個(gè)像素代表的實(shí)際物理高度，符號(hào)&，坐標(biāo)單位為物理單位毫米(mm)； 圖像序列中，每幅圖像的寬度，符號(hào)W，以像素為單位； 圖像序列中，每幅圖像的高，符號(hào)H，以像素為單位； 視線(xiàn)矢量，符號(hào)Γ = (K^z),為向量，無(wú)單位；三維數(shù)據(jù)體體素為相鄰的八個(gè)像素值形成，在進(jìn)行三維的繪制過(guò)程中，根據(jù)光線(xiàn)采樣 原理進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣點(diǎn)賦予光照參數(shù)，進(jìn)行光照合成，最后得到重建圖像，三維數(shù)據(jù)體 的體素為P(i，j，k)，其中，W彡i彡0，H彡j彡0，N彡k彡0，W為圖像的寬，H為圖像的 高，N為序列中圖像數(shù)；在三維體繪制中，變換矩陣表示為T(mén)view，標(biāo)識(shí)從視圖坐標(biāo)到數(shù)據(jù)體坐標(biāo)，Tvoxel變換 表示從數(shù)據(jù)體到視圖坐標(biāo)的變化，Tvoxel與Tview互為可逆的變化關(guān)系，坐標(biāo)系UVW是視圖坐標(biāo)系，其中的坐標(biāo)可以用空間點(diǎn)View(u，v，w)表示，XYZ坐標(biāo)系 表示三維物體坐標(biāo)系，其坐標(biāo)可以用World(x，y，ζ)來(lái)表示，在已知視角繞U，V，W旋轉(zhuǎn)α， β，Y角度之后，則兩坐標(biāo)系的變換矩陣Tview
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種體繪制裁剪面繪制方法，其特征還在于所述光線(xiàn)求進(jìn) 入點(diǎn)與出射點(diǎn)的方法采用直線(xiàn)與六面體的碰撞方法，直線(xiàn)與六面體的相交點(diǎn)既是進(jìn)入點(diǎn)與 出射點(diǎn)，從而賦值保存到變量FEntryExit中，變量FEntryExit的數(shù)量與圖像光線(xiàn)的個(gè)數(shù)一 致。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種體繪制裁剪面繪制方法，其特征還在于，每一條光線(xiàn)的 進(jìn)入點(diǎn)和出射點(diǎn)在變量FEntryExit中，視平面的距離為dcut，視平面到三維數(shù)據(jù)體的坐標(biāo) 變換為T(mén)voxel，所述步驟D中還包括以下步驟Dl.對(duì)每一條光線(xiàn)賦初始值，F(xiàn)EntryExit記錄了視圖中坐標(biāo)，同時(shí)進(jìn)入點(diǎn)的第三個(gè)量表示該點(diǎn)到圖像平面距離，并 與視平面平行的裁剪裁剪距離進(jìn)行比較，如果小于該距離則進(jìn)行選擇小的，進(jìn)行賦值，同時(shí) 記錄該進(jìn)入點(diǎn)；D2.對(duì)光線(xiàn)上的點(diǎn)進(jìn)行處理，光線(xiàn)上點(diǎn)不是初始進(jìn)入點(diǎn)則直接進(jìn)行常規(guī)的光照模型，否則進(jìn)行特殊的光照合成，裁 剪面上的法矢量為L(zhǎng) · N = H · N = 1. 0，然后進(jìn)行計(jì)算；D3.遍歷所有光線(xiàn)上點(diǎn)，進(jìn)行處理完畢，當(dāng)前點(diǎn)的下表超出了初始點(diǎn)表示結(jié)束，否則繼續(xù)跟蹤，跟蹤增量根據(jù)法向量進(jìn)行變換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種體繪制裁剪面繪制方法，本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有兩種裁剪的方式，采用進(jìn)出交點(diǎn)快速跳躍裁剪方法，并對(duì)剪切面特殊光照處理使得剪切面繪制出來(lái)，該方法不僅速度快而且繪制的結(jié)果有利于觀(guān)察和醫(yī)學(xué)診斷。本發(fā)明采用了一次包圍體的方法和深度判斷，對(duì)數(shù)據(jù)體僅需要求一次包圍體既可，與光線(xiàn)跟蹤算法的集成性比較好，減少了多次重復(fù)計(jì)算和空間邏輯的判斷，并對(duì)視角剪切面不需要光線(xiàn)跟蹤中的判斷，減少了邏輯操作.并對(duì)裁剪面進(jìn)行特殊的光照計(jì)算，使其繪制出剪切面的效果平滑便于觀(guān)察。
文檔編號(hào)G06T15/50GK102074039SQ20101050337
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者丁亮, 呂廣志 申請(qǐng)人:深圳市藍(lán)韻實(shí)業(yè)有限公司