CN109598784A - 一种高效的脊柱断层扫描图像三维重建方法 - Google Patents

一种高效的脊柱断层扫描图像三维重建方法 Download PDF

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Abstract

一种的脊柱断层扫描图像三维重建方法，提出了一种改进的高效率的Ray Casting方法来解决上述问题，本发明在图像预处理模块，增加包围盒技术，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作，在光线投射算法的图像合成阶段，采样点使用从前到后的合成方式进行色彩合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作，可视化模块调用VTK(Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。

Description

一种高效的脊柱断层扫描图像三维重建方法
技术领域
本发明涉及医疗领域，尤其涉及脊柱断层扫描图像的三维可视化。
背景技术
医学图像的三维重建技术在医学领域占领着尤为重要的地位，人们通常是通过手术治疗脊椎方面的疾病，往往通过肉眼观察脊柱二维图像时无法直观的观察到病灶的位置、大小和形状等信息，会使准确率降低，效率低下，医生可以通过三维图像更直观清晰的观察病灶的细节信息，我们想要获得更为详细的内部细节就要使用体绘制算法，而在三维重建算法中的Ray Casting算法是体绘制中最具代表性的算法，Ray Casting算法由Levoy提出，是一种基于图像空间的最为经典的体绘制算法，此算法遍历每个体素，计算量较大，因此通过改进来提高此算法的效率尤为重要。
发明内容
本发明针对传统的Ray Casting算法在进行三维重建的过程中速度过慢的问题，提出了一种改进的高效率的Ray Casting算法来解决上述问题。
为了实现如上目标，本发明提供了之下技术方案：
在图像预处理模块，增加包围盒技术：将体数据包围在一个长方体的盒子中，这个长方体是包围有效体数据的最小长方体，将包围盒投影到像素平面上，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作，在光线投射算法的图像合成阶段，采样点使用从前到后的合成方式进行色彩合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作，可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
作为本发明优选：增加包围盒技术，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作。
作为本发明优选：投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作。
作为本发明优选：可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
与现有的技术对比，本发明有以下有益效果：改进后的算法比传统的Ray Casting算法相比，减少了无效体素对三维重建的影响，提高了此算法的执行效率，而且不影响图像的绘制效果。
附图说明
图1为快速的脊柱断层扫描图像三维重建方法流程图。
具体实施方式：
结合本发明实例中的附图，下面对本发明中的具体实施方案进行详细的阐述，很明显，所说明的实施例不是全部的实施例，而只是本发明中的一部分，对于本发明中的实施例，在本领域里的普通技术人员在没有付出创造性劳动而获得的，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明实例中，在图像预处理模块，增加包围盒技术：将体数据包围在一个长方体的盒子中，这个长方体是包围有效体数据的最小长方体。将包围盒投影到像素平面上，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作，在光线投射算法的图像合成阶段，采样点使用从前到后的合成方式进行色彩合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作。可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
具体的工作流程为：在图像预处理模块，增加包围盒技术：将体数据包围在一个长方体的盒子中，这个长方体是包围有效体数据的最小长方体，将包围盒投影到像素平面上，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作。在光线投射算法的图像合成阶段，采样点使用从前到后的合成方式进行色彩合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作，可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
1.包围盒技术
传统的Ray Casting算法从每个图像像素发出射线，需要遍历每一个体素，效率低而且速度慢，增加包围盒技术，当投射光线技术包围和内部时开始进行采样操作，大大减少了计算量，在不影响重建效果的前提下，提高了算法的执行效率。
2.光线提前终止技术
使用从前到后的合成方式进行图像合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作，减少了多余的计算，算法的执行速度得以提升。
3.使用可视化工具包VTK (Visualization Toolkit)进行可视化操作
可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
Ray Casting算法经过改进之后，经测试对比实验结果发现，图像显示效果不变的前提下，效率得到明显提高。
本发明不因上述实施例而受到限制，上述描述的实施例与说明书并不代表全部，只是本发明的原理和技术方案，在不背弃本发明的内容的前提之下，对本发明的相关算法进行改进，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脊柱断层扫描图像三维重建方法，在图像预处理模块，增加包围盒技术：将体数据包围在一个长方体的盒子中，这个长方体是包围有效体数据的最小长方体，将包围盒投影到像素平面上，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作，在光线投射算法的图像合成阶段，采样点使用从前到后的合成方式进行色彩合成，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作，可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
2.根据权利要求1所述，一种脊柱断层扫描图像三维重建方法,其特征在于，增加包围盒技术，使用Ray Casting算法进行采样操作时，只需要考虑投影到像素平面上的多边形发出的投射光线，投射光线从第一个采样点开始，计算采样点与包围盒之间的距离，当距离为0时表示计入包围盒内部，开始进行采样操作。
3.根据权利要求1所述，一种脊柱断层扫描图像三维重建方法,其特征在于，投射光线穿过包围盒的体素时，不透明度会逐渐累加，当这个数值接近1时代表已经接近完全不透明，后面的体素不再对图像屏幕的显示有所贡献，便可提前终止采样操作。
4.根据权利要求1所述，一种脊柱断层扫描图像三维重建方法,其特征在于，可视化模块调用VTK (Visualization Toolkit)类库，通过人机交互界面显示三维图像的内部细节，并可以对图像进行旋转、平移、缩放等个性化操作。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101178816A (zh) * 2007-12-07 2008-05-14 桂林电子科技大学 基于面采样的体绘制可视化方法
CN101488233A (zh) * 2009-03-02 2009-07-22 浙江工业大学 一种面向医学数据的分层剥离体绘制方法及其***
CN101564289A (zh) * 2009-06-03 2009-10-28 南京航空航天大学 基于近红外光谱的神经外科导航穿刺路径实时纠错方法
CN101770650A (zh) * 2009-01-07 2010-07-07 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 三维超声实时成像方法与装置以及成像***
CN105590340A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 上海市第六人民医院 一种人体颈部的三维重建方法
CN105701860A (zh) * 2016-02-29 2016-06-22 江苏美伦影像***有限公司 一种体绘制方法
CN106960439A (zh) * 2017-03-28 2017-07-18 安徽医科大学第二附属医院 一种脊椎骨识别装置及方法
CN108537750A (zh) * 2018-03-29 2018-09-14 哈尔滨理工大学 一种快速的脊柱ct图像三维重建方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101178816A (zh) * 2007-12-07 2008-05-14 桂林电子科技大学 基于面采样的体绘制可视化方法
CN101770650A (zh) * 2009-01-07 2010-07-07 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 三维超声实时成像方法与装置以及成像***
CN101488233A (zh) * 2009-03-02 2009-07-22 浙江工业大学 一种面向医学数据的分层剥离体绘制方法及其***
CN101564289A (zh) * 2009-06-03 2009-10-28 南京航空航天大学 基于近红外光谱的神经外科导航穿刺路径实时纠错方法
CN105590340A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 上海市第六人民医院 一种人体颈部的三维重建方法
CN105701860A (zh) * 2016-02-29 2016-06-22 江苏美伦影像***有限公司 一种体绘制方法
CN106960439A (zh) * 2017-03-28 2017-07-18 安徽医科大学第二附属医院 一种脊椎骨识别装置及方法
CN108537750A (zh) * 2018-03-29 2018-09-14 哈尔滨理工大学 一种快速的脊柱ct图像三维重建方法

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