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