[发明专利]一种基于动态步长的DRR图像生成系统及生成方法

说明书

本发明公开了一种基于动态步长的DRR图像生成系统及生成方法，该系统包括图像预处理模块、动态步长计算模块和光线投影计算模块，其中，所述图像预处理模块用于基于CT图像三维体素数据及体素间CT值相互关系建立预处理三维体素模型；所述动态步长计算模块用于根据投影线穿过的预处理三维体素模型体素所属组织或与周围体素所属组织的相对关系计算射线的分段采样步长；所述光线投影计算模块用于计算光线在平板接收点所有像素上的投影值。本发明保证了DRR图像生成计算精度的同时加快了计算时间。

技术领域

本发明涉及透视成像领域，具体涉及一种基于动态步长的DRR图像生成系统及生成方法。

背景技术

数字重建影像DRR(Digitally ReconstruCTured Radiograph)是在CT机获取三维CT影像数据的基础上进行类似放射影像的重建，即模拟光子穿过数字图像生成基于图像内容的灰度图像。DRR上每个像素点对应虚拟射线源到该像素点路径上的衰减，这种虚拟X射线衰减过程符合光学吸收模型规律。

基于光线投影算法现有技术为，计算光源到接收板每个像素的光线投影值，光线数目由接收板的横纵分辨率确定，然后得到模拟重建的DRR二维图像，进一步地与X射线投影图DR进行比较配准，实现CT的定位。现有技术计算光线步长时通常采用两种方式，一是获得每条投影线通过此体素模型的交点，求投影线通过体素矩阵的有效射线长度，该长度受制于CT模型的分辨率，第二种方法为采用等步长的方法进而计算对应步长的CT值，当步长较长时采样误差较大，当步长较小时计算代价较高。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种能够在保证DRR图像生成计算精度的同时，还加快了计算时间，进一步提高DRR与X射线投影图的相似性测度和配准效果的基于动态步长的DRR图像生成系统及生成方法。

技术方案：本发明的基于动态步长的DRR图像生成系统，包括图像预处理模块、动态步长计算模块和光线投影计算模块，其中，所述图像预处理模块用于基于CT图像三维体素数据及体素间CT值相互关系建立预处理三维体素模型；所述动态步长计算模块用于根据投影线穿过的预处理三维体素模型体素所属组织或与周围体素所属组织的相对关系计算射线的分段采样步长；所述光线投影计算模块用于计算光线在平板接收点所有像素上的投影值。

所述图像预处理模块以CT图像为输入，并根据CT图像三维体素数据的CT值特征转换原CT图像为预处理三维体素模型，预处理三维体素模型与原CT图像尺寸相同。

所述动态步长计算模块以预处理三维体素模型为输入，根据预处理三维体素数据特征分段计算出穿过CT图像的采样步长，分段采样步长在光线与CT图像相交的线段上计算得到。

本发明还包括一种基于动态步长的DRR图像生成系统的生成方法，包括以下步骤：

(1)基于CT图像三维体素数据及体素间CT值相互关系建立预处理三维体素模型；

(2)沿虚光源向预处理三维体素模型发出若干条投影线；

(3)计算每条投影线入射和出射此体素模型的交点，基于预处理三维体素模型计算分段采样步长和分段采样步长对应的CT值；

(4)将采样步长对应的CT值与对应采样步长相乘后累加得到该投影线投影到接收平板的投影值，遍历所有投影线得到接收平板所有像素投影值得到DRR图像。

步骤(1)中，对所述CT图像三维体素数据中的每个体素按照体素CT值分布范围进行分组，根据分组确定每个体素对应的组织编号或者确定每个体素相对于周围体素所属组织的关系。

步骤(2)中，所述投影线的数量与接收平板的像素个数相同。

步骤(3)中，根据投影线穿过的三维体素的所属组织或与周围体素所属组织的相对关系确定射线的分段采样步长。