[发明专利]一种引入散射模型的快速体绘制三维超声图像重建算法

说明书

本发明公开一种引入散射模型的快速体绘制三维超声图像重建算法，本算法在光线投射算法基础上引入相函数来考虑周围体素的影响。由于光线的散射方向理论上是无限条，对每条光线追踪计算运算量很大，因此采用蒙特卡洛抽样相函数的方式计算随机方向散射的能量。通过将多个抽样样本进行平均，可得到更贴近现实且光滑的三维重建结果。传统光线投射算法计算效率较低，本算法通过引入包围盒和八叉树结构对数据进行预处理，采用非等距采样方式，加快体数据的重建速度。

技术领域

本发明涉及三维超声内镜成像领域，具体涉及一种引入散射模型的快速体绘制三维超声图像重建算法。

背景技术

超声内镜通过医用电子内镜的活检通道将带有超声换能器的探头送入人体，通过发射和接收超声波并对回波信号处理计算，可以得到人体内部器官的断层扫描图像，从而对相应位置病变进行检测。

传统的二维超声成像只能显示人体某一特定位置的组织截面信息，只能通过经验判断组织的三维结构，不利于保持诊断结果的客观准确；三维超声内镜将超声换能器的旋转扫描和轴向移动相结合获取三维超声图像数据，再对数据进行三维重建，即可得到三维超声图像。三维超声图像可以直观显示待测组织的三维空间结构，从而提高检测的准确率。

常用的三维重建算法可分为面绘制算法和体绘制算法两种。面绘制算法通过提取目标物体某一属性的阈值来确定待绘制数据点，用三角面片连接等值面进行目标物体表面的绘制再根据法线方向设置颜色进行渲染。此法虽然绘制速度快，但会丢掉体数据中很多人体组织关键部位的信息，因此并不适用于三维超声成像领域。

目前主流的体绘制算法为光线投射算法，即从图像的每一个像素，沿固定方向发射一条穿越整个图像序列的光线，在这个过程中，对图像序列进行采样。由于每个采样点的颜色和透明度对该像素在屏幕上最终的显示结果均有一定影响，依据光线吸收模型将各个采样点的颜色值和透明度进行叠加从而得到最终重建的结果。但这种算法只考虑了观察路径(光线方向)上的体素，而没有考虑到周围体素的散射对最终三维图像重建结果的影响，重建效果有待提升。同时，在超声体数据中，包含许多对最终成像结果无影响的点，传统的光线投射算法会对这些点进行多次计算，耗时较长，降低算法的运行效率。

发明内容

本发明的目的是在传统的光线投射算法上进行改进以进一步提高三维超声图像的重建效果和重建速度。提出一种引入散射模型的快速体绘制三维超声图像重建算法，光线投射算法只考虑观察路径上的体素，本算法在此基础上引入相函数来考虑周围体素的影响。由于光线的散射方向理论上是无限条，对每条光线追踪计算运算量很大，因此采用蒙特卡洛抽样相函数的方式计算随机方向散射的能量。通过将多个抽样样本进行平均，可得到更贴近现实且光滑的三维重建结果。传统光线投射算法计算效率较低，本算法通过引入包围盒和八叉树结构对数据进行预处理，采用非等距采样方式，加快体数据的重建速度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种引入散射模型的快速体绘制三维超声图像重建算法，包括以下步骤：

步骤101，读取三维超声成像获得的体数据；

步骤102，对体数据进行预处理，去除数据中的噪声点；

步骤103，选取合适的包围盒去除体数据中外围的空体素；包围盒到像面上的投影区域是光线的采样区域；

步骤104，分析体数据的灰度分布情况，根据数据点灰度值的不同将其分成空气、组织等类别；

步骤105，对不同的体素进行颜色和透明度赋值，颜色根据需要自行设定，透明度的值域为(0,1)，其中0表示完全透明，视线可以完全通过；1表示完全不透明，视线无法穿过；

步骤106，根据颜色和透明度值构造八叉树、分离空体素和有效体素；