[发明专利]基于交互操作的两维传递函数的体数据识别方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学中的三维可视化领域，具体地，涉及一种识别体数据中感兴趣结构的新方法，即利用交互操作的方式结合分水岭方法识别出重叠于的两维传递函数空间的感兴趣结构的方法。

背景技术

随着新的影像采集技术(例如：CT、MRI和PET等)逐渐在医学上的应用，在增强了医生分析疾病能力的同时，也产生了大量的亟需分析的与医学相关的三维体数据。由于直接体绘制(Direct Volume Rendering)的最终绘制结果是由整个体数据中的所有体素的光学属性值(颜色值和阻光度值)累积产生的，即整个体数据的体素对绘制结果都是有贡献。因此直接体绘制不止能反映体数据中组织的表面信息，也可以显示组织的内部结构，从而为医生对疾病的诊断提供了很好的依据。因为直接体绘制方法在分析和可视化医学体数据中具有很好的有效性和实用性，在临床医学上具有非常重要的应用价值。

因为体绘制中体素的光学属性(颜色值用于直观的区别显示不同感兴趣结构，阻光度值用于决定体素的显示以及透明度)是由传递函数(Transfer Function)来指定的，其也就决定了最后体绘制的绘制结果，所以传递函数在体绘制中起着决定性的作用。因此作为体绘制中的一个难点，引起世界各国的科研人员中越来越多的关注和研究，一直以来也是体绘制研究中的热点。

为了增加传递函数空间的识别能力，研究人员将许多新的属性值(例如距离、均值、方差和形状描述子等)加入到传递函数空间中，从而构成高维传递函数空间。但随着空间维数的增加，空间的区域与体数据中的感兴趣结构的对应关系也会越来越复杂从而导致用户更不容易理解，而且对于高维空间的用户交互操作的技术也是必须面对的难题。随着维数的增加，需要的预处理时间也会成指数增加，这也是不利于实际应用的。

因为两维传递函数空间不仅具有较好的识别感兴趣结构的能力，还有利于用户的理解以及具有直观的交互界面，所以它是现在实用的一类传递函数空间。现在常用的两维传递函数空间有：Kindlmann et.al提出的基于灰度-梯度幅值两维传递函数，et.al提出的LH空间，Haidach et.al的基于统计量的两维特征空间等等。由于边界信息在灰度-梯度幅值两维传递函数比较直观(显示为一个‘拱形’结构)而且易于理解，所以其已作为一种实用的空间应用于医学数据的分析中。由于在构成这些两维传递函数空间的过程中，其每个像素的亮度值是由体数据中包含该属性对的体素的个数决定，所以对有着相似属性的不同结构(在传递函数空间对应相似的区域)，我们是无法通过直接的传递函数将其分开的。例如图4中一个模拟数据，其包含三个灰度值相同的球状结构，其中有两个在空间上相连，理论上其应该对应三个‘拱形’结构，但事实上却只有一个‘拱形’结构显示在传递函数空间中，即这些结构的边界信息在传递函数空间是重叠到一起的，所以我们无法利用设置传递函数将其分开。而通过观察穿过两个相连结构的直线的灰度值情况(图3)，我们可以发现：位于结构内的体素其灰度值是相近的甚至相等的，而位于边界处的灰度值是位于构成该边界的两种组织的灰度值之间的，这是体数据中结构的灰度值的一个局部特征。

发明内容

为了解决不同感兴趣结构在现有两维传递函数空间中存在重叠的问题(这种重叠的结构是无法通过设置传递函数来识别的)，本发明提出一种基于交互操作的两维传递函数的体数据识别方法，根据体数据中结构的灰度值局部特性，利用基于灰度值的分水岭算法对重叠于传递函数空间的结构进行分离，又因为其对体素的灰度值非常敏感，从而导致对感兴趣结构的过分割，因此本发明根据用户设置的两次传递函数来修正原始体数据的灰度值从而解决这个问题。

为了达到上述效果，根据体数据中感兴趣结构的灰度值的局部特性，本发明首先对感兴趣的结构在传递函数空间设置两次传递函数，并通过遍历属于用户已设置的这两次传递函数的体素来修正原始的体数据，从而消除分水岭算法对其的过分依赖，然后依据其对应的灰度值利用分水岭算法对这些体素进行分类，从而可以到期望的分割效果，还可以消除遮挡问题。

本发明所述基于交互操作的两维传递函数的体数据识别方法，步骤如下：

(1)读入体数据，根据用户需要的两维传递函数空间对每个体素计算所需要的两个属性值，并由此构造该传递函数空间。

在本步骤中，根据用户需要的两维传递函数空间对读入体数据中的每个体素计算其所需的两个属性值x和y，然后由此构成用于用户交互的两维传递函数空间。在该空间中的每个像素的亮度值Iv(x,y)是由体数据中同时具有这两个属性值的体素的个数Iv_num(x,y)所决定的：