[发明专利]基于GPU并行运算的X射线造影图像仿真方法

权利要求书

1.基于GPU并行运算的X射线造影图像仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：旋转造影成像模型的构建：根据临床C型臂旋转造影成像系统的参数信息，包括C型臂旋转角度、成像系统各部位之间的距离，构建旋转造影成像模型；

第二步：三维影像中冠状动脉的分割：通过选取血管种子点，利用区域增长算法对CT影像中的冠状动脉进行半自动分割；

第三步：基于权重优化的冠状动脉增强影像的模拟：根据冠脉结构在三维影像中的空间分布信息，对相应的CT值进行权重优化，增强三维影像中冠状动脉脉络结构；

第四步：透视投影模型的构建：根据摄像机成像原理，利用旋转成像系统的参数信息，构建内参和外参矩阵，实现三维影像空间到二维成像空间的映射；

第五步：基于欧式距离的权重因子设定：利用第四步获取的三维影像的投影坐标信息，计算每个投影坐标点和其最近四个像素坐标之间的欧氏距离，构建归一化比例因子，作为不同体素对成像平面像素灰度信息的权值；

第六步：能量透射衰减模型的构建：根据X射线在三维影像中透射路径信息，构建指数型能量衰减积分模型，计算透射X射线的能量分布；

第七步：GPU纹理参数的初始化：将三维影像的每层体素坐标设置为GPU加速的相关纹理参数，作为后续算法并行处理的原始数据；

第八步：基于GPU加速的X射线造影成像：利用第七步所设定的纹理参数，采用第四步、第五步和第六步所述的X射线造影成像模型，并行计算三维影像在投影平面的灰度信息分布，实现最终冠脉增强的造影仿真影像。

2.如权利要求1所述的基于GPU并行运算的X射线造影图像仿真方法，其特征在于，该旋转造影成像系统支持静态和动态两种成像模式，其中静态模式通过固定成像角度，可实现病患的实时成像；动态模式通过设置成像旋转范围，可实现病患的全方位成像。

3.如权利要求1或2所述的基于GPU并行运算的X射线造影图像仿真方法，其特征在于，所述的透视投影模型采用以下方法构建：首先模拟成像系统中的三个坐标系：世界坐标系o-x_Wy_Wz_W，投影图像坐标系o′-uv和摄像机坐标系c-x_Cy_Cz_C，其中世界坐标系以影像中心为原点，以实际物理距离为单位；投影图像坐标系以投影平面起始位置为原点，以像素为单位；摄像机坐标系以光源中心为原点，以体素为单位；

三个坐标系中的齐次坐标表示如下：世界坐标系：p_W＝[x_W，y_W，z_W，l]^T，摄像机坐标系：p_C＝[x_C，y_C，z_C，l]^T，投影图像坐标系：p_I＝[u，v，l]^T；通过左乘变换矩阵实现各坐标系间的相互变换；设M_C，M_I表示坐标系间的变换矩阵，且分别实现o-x_Wy_Wz_W坐标系到c-x_Cy_Cz_C坐标系的变换，和c-x_Cy_Cz_C坐标系到o’-uv坐标系的变换：p_C＝M_Cp_W    p_I＝M_Ip_C；则有P_I＝M_IM_Cp_W，在摄像机成像模型中相应有：pI=KRt03T1pW/zC,]]>其中K是摄像机的内参矩阵，Rt03T1]]>是摄像机的外参矩阵；p_W表示在世界坐标系中，体素的原始坐标相对X射线源的坐标点对称处理后的坐标，z_C为体素在摄像机坐标系中的Z坐标；

在摄像机成像模型中，矩阵K的表达形式如下：

K=f/dx0u000f/dyv000010]]>

在旋转造影仿真系统中，f对应光源到成像平面的距离，即SID；dx和dy为三维影像在平行XOY平面方位的分辨率；

矩阵R和t分别描述世界坐标系到摄像机坐标系的旋转和平移，表示如下：

其中θ为C型臂与XOZ平面的夹角，为C型臂与YOZ平面的夹角，SOD为射线源到旋转中心P的距离，此时公式描述中设定X射线源在世界坐标系的第四象限，在其它象限只需重新设定对应的平移矩阵t；

投影模型表示如下：

4.如权利要求1或2所述的基于GPU并行运算的X射线造影图像仿真方法，其特征在于，对三维影像中冠脉进行增强，使得后续造影图像模拟中冠脉的对比度提高，可提高临床对血管病灶的确诊率。