[发明专利]一种面向医学数据的分层剥离体绘制方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向医学数据的分层剥离体绘制方法及其系统。

背景技术

经过十几年的发展，医学可视化已经从辅助诊断发展成为辅助治疗的重要手段，并将深入到各个医学领域。70年代以后，通过计算机X射线断层投影(CT)、核磁共振(MRI)以及超声波等医学成像技术得到的二维数字断层图像序列中，已包含了人体内各种器官的三维信息，但是仅仅依靠这种二维数字断层图像却很难直观地体现或确定物体的三维结构以及它们相互之间的关系。而医学体数据可视化就是运用计算机图形学和图像处理技术，在三维空间中将医学体数据生成为人体器官或组织的三维图像，从而在屏幕上形象逼真地显示人体组织内部的复杂结构。这样，医生可以通过人机交互对该三维图像进行缩放、旋转、位移、切片处理、多层显示、分割、提取组织器官等一系列操作，帮助医生做出准确的诊断和制定正确的手术方案。由于人体的三维信息在医学诊断治疗等许多临床领域所具有的特殊应用价值，近年来三维医学图像的可视化技术受到人们越来越多的关注。

三维医学图像可视化技术中的一种重要方法是直接体绘制技术，较传统的面绘制而言，体绘制表达了人体内部的组织信息，因此具有高度的保真性，已经成为当今医学可视化领域的一个研究热点。然而在通常的医学体数据绘制过程中，由于计算量很大，因此存在图像生成速度慢、实时性难以保证等缺点。近年来，随着计算机运算能力的增强和硬件技术的发展，研究者提出了利用可编程管线的图形处理器(GPU)的并行计算能力来提高体绘制的速度，从而使绘制速度接近实时。

另一方面，在医学数据体绘制的研究领域中，由于许多医学数据集将不同的人体组织用相同的标量值来表示，使得我们关心的组织被一些不重要的组织所遮挡，例如，在核磁共振成像数据集中，脑组织被具有相同标量值范围的皮肤和脂肪组织所包围，如果利用传递函数将代表脑组织的标量值设为不透明，那么周围的软组织也将被设不透明，以至于在可视化之后大脑仍然会被周围的软组织遮挡。而这种遮挡很难通过设计传递函数的方法来解决。再者设计传输函数是一件非常繁琐耗时的工作，通常并不能满足临床应用的需要。因此，如何将医学数据中我们感兴趣的组织区域快速剥离出来并进行实时绘制已经成为一个亟待解决的重要问题。

发明内容

为了克服现有的医学数据不同组织间的遮挡问题，计算复杂、准确性低、不能满足临床应用的要求的不足，本发明提供一种有效解决不同组织间的遮挡问题、计算简单、准确性高、能满足临床应用的要求的面向医学数据的分层剥离体绘制方法及其系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种面向医学数据的分层剥离体绘制方法，所述的分层剥离方法包括以下步骤：

1)、导入医学体数据；

2)、利用光线投射算法，沿光线方向对体数据采样，通过计算相邻的不透明度极小值和极大值之间的斜率，并根据用户指定的斜率阈值和累积不透明度阈值确定分层点，包括：

(2.1)、沿光线寻找具有不透明度极小值的采样点A，并记录采样点A的位置Pa以及不透明度值Aa；

(2.2)、沿光线寻找A点之后的第一个具有不透明度极大值的采样点B，并记录B点的位置Pb以及不透明度值Ab；

(2.3)、根据公式l_AB＝(Ab-Aa)/(Pb-Pa)计算采样点A、B之间的斜率l_AB；

(2.4)、由用户指定一个斜率阈值L；

(2.5)、比较l_AB与L：仅当l_AB＞L时，将采样点A点作为一个分层点；

(2.6)、否则，转(2.1)，继续寻找能够满足分层要求的采样点；

3)、从每条光线上不同组织的分层点处开始，利用光线投射算法进行直接体绘制，包括：

(3.1)、在分层点处将累计不透明度A′_i重置为零；

(3.2)、根据公式A′_i＝A′_i-1+(1-A′_i-1)A_i，对该分层点之后的每个采样点进行不透明度累加；

(3.3)、指定累积不透明度阈值A_acc，当A′_i＞A_acc时，当前分层结束绘制。