[发明专利]基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及可视化三维图像，尤其是针对各向异性体数据直接进行错切变形的体绘制方法。

背景技术

医学图像在医生诊断中的辅助作用越来越明显，将二维切片图像序列转变为具有直观立体效果的三维图像，可以大大提高医疗诊断和治疗规划的准确性和科学性。传统的三维可视化方法分为面绘制和体绘制两种，而体绘制又主要包括：

一、光线投射法：在设定的观察方向下，从屏幕的每一个像素点发出一条射线并穿过三维数据场，沿着射线做重采样和图像合成，最终形成该像素的图像值。光线投射方法生成的图像质量高，但由于需要在三维空间中做大量的重采样操作，绘制速度比较慢，难以满足实时绘制的要求。

二、错切变形法：将三维离散数据场的投影变换分解为三维空间的错切变换和二维空间的变形操作，重采样过程由三维降为二维，大大减少了计算量，使得三维数据场的体绘制可以在图形工作站上以接近实时的速度实现，是一个颇具应用前景的体绘制方法。

三、足迹表法：逐层、逐行、逐个的计算每一个数据点对屏幕像素的贡献并加以合成，形成最终的图像。该方法的一个缺点也是计算量大，难以满足实时绘制的要求。

四、体元投射法：将三维数据场看作多个大小和形状相同的体元，计算每一个体元在屏幕上的投影。由于每一个体元在图像屏幕上的平行投影在几何上一致，利用此空间相关性可以减少计算量，适用于体元比较大的数据场。

错切变形法因其接近实时的绘制速度得到了广泛的应用。传统的错切变形法是基于各向同性体数据场，即二维切片图像序列中相邻两切片图像之间的距离等于二维切片图像内相邻像素点之间的距离。对于二维切片图像序列中相邻两切片图像之间的距离大于二维切片图像内相邻像素点之间的距离的体数据场，传统的错切变形法在进行体绘制之前，需要通过切片间插值技术实现各向同性后再进行绘制。而图像插值是一个具有很大任意性的问题，不合适的插值算法直接影响插值后的图像精度，并影响最后绘制的图像质量。随着技术的不断更新，新一代CT和MRI设备分辨率不断提高，切片间距也不断变小，甚至已接近像素间距。在此背景下，直接基于各向异性体数据进行体绘制已经成为一种技术需求。

发明内容

本发明提出一种基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法，具有图形绘制运算量小、速度快和图形绘制质量高的特点。该方法采用错切变形法直接针对各项异性体数据进行体绘制，无需对图像序列作插值运算；同时，该方法重采样间距可以任意设定，在交互过程中可采取低采样策略以提高绘制速度，交互完毕后采取高采样策略以提高绘制图像质量，可同时满足速度和质量的要求。

本发明的技术方案如下：

基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：读入图像数据构造三维体数据场。

步骤1-1：读入二维图像序列构造三维体数据场；设所述二维图像序列为尺寸为M×N的L张二维切片图像。

二维图像(又叫二维切片)序列可以是包含图像附加信息的DICOM文件或BMP文件等，也可以是只包含用于绘制的图像数据的二进制文件。为方便后序处理，对于噪声较大的二维图像应进行预处理，如滤波等操作，减少图像噪声，然后再构造三维体数据场。

步骤1-2：建立三维体数据场的世界坐标；

对于M×N×L的体数据场，其中第k层、第i行、第j列的体数据的三维下标为(i，j，k)，1≤i≤M，1≤j≤N，1≤k≤L。设二维切片图像内横向和纵向的像素间距为cx和cy，相邻二维切片图像的间距为cz，则该三维体数据场的世界坐标C_w表示为：