[发明专利]一种基于RayCasting改进算法的仿真投影DRR生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像配准领域，尤其涉及二维三维医学图像配准中的投影模型以及仿真投影(DRR)的生成方法。

背景技术

计算机辅助的医学手术导航系统是一个集医学和计算机技术等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。其目的是借助计算机以及跟踪设备模拟手术中涉及的各个过程，包括手术规划，手术导航等来指导医生实现高精度的外科手术。随着手术导航系统在临床中的广泛应用，二维三维图像配准已经成为系统开发中的一个关键技术。在二维三维医学图像配准过程中，DRR作为一种常用的中间模型，其生成速度和质量往往对配准的效率和精确度有至关重要的影响(DRR：digitally reconstructed radiography数字重建图像)。

Raycasting算法作为一种典型的像序算法，凭借其较高的图像质量在生成DRR的实际应用中被广泛采用。然而Raycasting算法在DRR计算过程中对像素的遍历以及对光路上像素的积分需要消耗大量的时间，这会大大地降低术中二维三维图像配准的实时性。因此增加算法效率，成为Raycasting算法改进的一个焦点。本发明提出一种基于图像内容均匀性的Raycasting改进算法，在对数据进行预处理时生成用来保存三维数据内容均匀性程度的数据结构，在实际计算光路的过程中根据图像内容的均匀性实现采样点的跳跃，大大改善了DRR生成的速度。

发明内容

本发明提出了一种基于RayCasting改进算法的DRR生成方法。方法包括以下步骤：

A将三维图像V由DICOM服务器调入工作PC，三维图像V的大小是Width×Height×Depth，其中Width是三维图像的长，Height是三维图像的高，Depth是三维图像的宽，

B建立投影模型，包括如下步骤：

B01：以三维图像的中心为坐标原点建立笛卡尔坐标系即三维图像坐标系XYZ，使得X，Y，Z轴分别与三维图像中对应的外平面正交，记坐标原点为O；三维图像V中像素的坐标由(x，y，z)表示；

B02：以三维图像坐标系XYZ的原点为坐标原点建立笛卡尔坐标系即投影模型坐标系UVW，使得坐标轴U，V，W与坐标轴X，Y，Z的方向分别保持一致，记坐标原点为ISO；

B03：为投影模型建立一个X光源，X光源位于W轴正半轴上，距投影模型坐标系UVW坐标原点ISO距离为D1；

B04：为投影模型建立一个投影面；投影面与接收器共面、大小相等且方向相同；投影面正交于W轴；W轴与投影面的交点位于投影面几何中心，且位于W轴负半轴；交点与投影模型坐标系UVW的原点ISO距离为D2；投影模型坐标系UVW的U轴和V轴分别与投影面的对应边平行。

B05：为投影模型建立一个虚拟投影面；虚拟投影面平行于投影面且中心通过投影模型坐标系UVW的坐标原点ISO；

B06：将投影模型相对三维图像的运动描述为投影模型坐标系UVW在三维图像坐标系XYZ内的旋转和平移，包括：平面外绕U，V轴的旋转Ru、Rv，平面内绕W轴的旋转参数Rw，平面内平移Tu、Tv即UVW在XYZ坐标系内沿UV平面的平移；这个运动记为^XYZT_UVW；