[发明专利]一种基于面片模型的X射线图像模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于面片模型的X射线图像模拟方法，涉及医学虚拟现实技术领域，包含以下步骤：从CT图像中分割获得各器官的三角面片模型；对各器官的模型的正向面深度图和背向面深度图进行顺序无关的融混操作，获得器官模型各投影位置处的厚度值；对每一器官模型使用朗伯‑比尔定律模拟X射线的能量衰减；对多个器官的X射线图像进行深度融合；对融合后的X射线图像加入噪声。本技术方案更加准确的进行介入手术的模拟，提高虚拟训练和预演的真实性；使用顺序无关的透明技术完成融混操作，解决了几何体可能存在自交叉导致无法完成排序的问题；有效地还原X射线透过人体时发生的衰减；使用光线投射算法，解决了多个器官模型进行深度排序的问题。

技术领域

本发明涉及医学虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于面片模型的X射线图像模拟方法。

背景技术

心血管疾病是全球死亡的主要原因之一。其中，心脏冠状动脉疾病在冠状动脉中形成斑块，严重威胁人类的生命健康。经皮冠状动脉介入手术是治疗心血管疾病有效技术，其主要过程是：在X光的引导下，医生经过穿刺体表血管将导丝送入人股动脉，导丝经由股动脉，沿动脉逆行进入主动脉，进入到冠状动脉血管网中，医生接着通过特定的心脏导管操作技术对冠状动脉柱塞等进行确诊和治疗。

经皮冠状动脉介入手术是一个微创手术，手术操作过程精细和复杂，因此需要手术操作者具有高超的技巧和丰富的经验。为了培训医生和/或医学生的手术操作技巧并对该手术过程进行预演和规划，出现了针对经皮冠状动脉介入手术练习的血管介入模拟器。

现有技术中的血管介入模拟器，模拟影像中的几何体可能存在自交叉导致无法完成排序的问题，也未能实现影像设备透过人体时发生的衰减，此外，现有的血管介入模拟器无法解决多个器官模型进行深度排序的问题。

综上所述，现有技术中的血管介入模拟器虽然能够为培训医生和/或医学生的手术操作技巧并对该手术过程进行预演和规划，但随着医学快速发展，如何有效地解决上述现有技术中的问题，并提升进行皮冠状动脉介入手术的模拟过程的准确性，及虚拟训练和预演的真实性等技术问题，是目前本领域技术人员需解决的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明首先提供一种基于面片模型的X射线图像模拟方法。

一种基于面片模型的X射线图像模拟方法，包含以下步骤：

从CT图像中分割获取各器官的三角面片模型；

对各器官的模型的正向面深度图和背向面深度图进行顺序无关的融混操作，获得器官模型各投影位置处的厚度值；

对每一器官模型使用朗伯-比尔定律模拟X射线的能量衰减；

对多个器官的X射线图像进行深度融合；

对融合后的X射线图像加入噪声。

所述从CT图像中分割获取各器官的三角面片模型包含以下步骤：

针对不同器官的特点，使用不同的图像分割算法进行器官模型的三维重建；

器官模型使用三角网格进行存储。

所述对器官模型的正向面深度图和背向面深度图进行顺序无关的融混操作包含以下步骤：

以射线源所在位置为相机位置，光线发射方向为观察方向进行相机参数设置；

将世界视点投影矩阵传入顶点着色程序中，并在其中计算每个点的投影坐标，投影坐标的Z值即为深度值；

在片段着色程序中将深度值进行归一化，再将深度值赋给颜色值，剔除深度值较大的片段，获得场景的正向面深度图；

剔除深度值较小的片段，获得场景的背向面深度图；

将两张深度图上的数据进行顺序无关的融混操作，得到的值就是器官模型对应投影位置处的厚度值。