[发明专利]基于局部直方图的心血管冠脉增强的体绘制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理领域的技术，具体是一种基于局部直方图的心血管冠脉增强的体绘制方法及系统。

背景技术

体绘制技术(Volume Rendering)能够有效地展示体数据内部隐含的特征信息，帮助用户对数据做进一步的分析与处理，广泛应用于医学、地质、气象、科学仿真等领域。体绘制技术主要是通过传输函数对体数据进行分类，即对体数据内部特征映射不同的光学属性，进而获取感兴趣特征的有效展示。然而，在医学体绘制中，仅仅依靠标量值的传输函数无法有效地将标量值范围相近的两种软组织进行区分渲染。其中极具代表性的例子就是心血管中的主动脉与冠状动脉，这两种软组织的标量值就非常接近，传统的体绘制方法无法很好地将两者区分开来。

为了有效分辨体数据内部的特征信息，近些年学术界提出了大量的传输函数设计方法，主要可以分为两大类，即基于绘制结果图像的传输函数设计方法和基于空间数据属性的传输函数设计方法。

基于绘制结果图像的传输函数设计方法在基于绘制结果图像的传输函数设计过程中，不需要用户交互式定义釆样点的光学属性，而是对绘制结果图像进行直观的操作，实现后台传输函数的优化设计。相比于经典的基于标量值的传输函数设计方法，基于绘制结果图像的传输函数设计方法简单直观、易于理解，对于不具备计算机图形学背景知识和传输函数设计经验的用户，具有较强的实用性。然而，该类方法需要根据初始传输函数集绘制大量的结果图像，且根据用户在图像上的交互式操作，进一步优化初始传输函数集,实现最优传输函数的搜索与进化，整个过程的时间复杂度和空间复杂度较高，不利于高效的体数据特征可视化与分析，具有一定的局限性。

基于空间数据特征的传输函数设计方法拓展了基于标量值属性的传输函数设计方法，在体数据分类过程中，引入其它的数据特征信息，帮助用户更加精确的分析与提取体数据中隐含的特征，增强体数据分类的有效性。主要的方法有：

1)对体数据进行分割然后再分别体绘制，这种方法无法被扩展成通用的体绘制方法，因为在很多场景下它需要引入非常耗时的人工交互。

2)2D的传输函数设计，这种方法通常将标量值作为传输函数的第一维，梯度作为第二维。梯度在增强边界显示方面十分有效，然而在区分具有相同标量值的软组织方面则无能为力。然而在区分具有相同标量值的软组织方面则无能为力。

经过对现有技术的检索发现：多模态虚拟心脏可视化方法研究[D].哈尔滨工业大学2012.一文中用到的直方图方法能够有效地区分心脏内不同标量值范围的组织，但是无法有效地增强心血管中的冠脉。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于局部直方图的心血管冠脉增强的体绘制方法及系统，稳定可靠、实现方便、真实高效、工程应用性强等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于局部直方图的心血管冠脉增强的体绘制方法，通过对心血管体数据的全局直方图中的波峰创建局部直方图，并将多组局部直方图合并后高斯拟合，以拟合结果构建第一维传输函数；心血管体数据中的冠脉和主动脉进行竞争性分析，即根据狭窄度特性置信度和心肌距离置信度判断每块体数据属于冠脉还是属于主动脉，以判断结果构建第二维传输函数，实现体绘制。

所述方法具体包括以下步骤：

1)建立心血管体数据的全局直方图；

2)找到全局直方图中最高的波峰，即：由于心血管体数据中存在噪声导致产生的全局直方图光滑性较差，根据全局直方图的最大值查找的最高波峰往往不是真正的最高波峰；本发明为了克服这一问题，首先对全局直方图进行多项式最佳拟合，然后根据拟合出来的多项式曲线进行最大值查找，从而找到真正的最高波峰。

3)根据波峰创建局部直方图(PRH)，具体步骤为：

3.1)对步骤2找出的最高波峰进行均值μ、方差为σ的高斯曲线拟合。

所述的拟合，标准为最小化高斯曲线和直方图两者标量值在μ±ασ范围内累积的高度误差；α通常被赋值为1；

3.2)对体数据进行分块，每块的体素数目为83，计算每块体数据中标量值在μ±ασ区间的体素数量占该块体素总数量的比重其中：N为该块体数据的所有体素，V_Φ为标量值在Φ范围内的体素集。

3.3)判断每块体数据的ω_r是否满足ω_r≥ε，如果满足则该块体数据被增加到PRH中，ε∈[0,1]为比重阈值。

4)从全局直方图中移除步骤3创建的PRH；

5)按步骤2～4的操作遍历所有全局直方图；