一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法技术

本发明专利技术公开了一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其通过预先计算体元的法向量，并基于球坐标的索引方法进行存储，以更新与法向量索引对应的数据列表。本方案能够有效避免体元法向量及与法向量相关参数的重复计算，节省了大量时间；同时，能够大量减少内存方面的开销；基于本方法可进一步提高可视化速度，以让医学三维可视化速度满足临床要求。

A spherical coordinate indexing method for medical 3D visualization

The invention discloses a spherical coordinate indexing method for 3D medical visualization, through the pre calculated vector element, and indexing method based on spherical coordinates for storage, and the method to update the vector index data corresponding to the list. This scheme can effectively avoid repeated calculation of volume element method and related method and vector parameter vector, saves a lot of time; at the same time, can reduce the memory overhead; this method can further improve the speed of visualization based on 3D visualization for medical speed to meet the clinical requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法
本专利技术涉及医疗影像处理技术，具体涉及医学三维可视化技术。
技术介绍
光线投射方法可以生成高质量的三维图像，能够满足临床诊断的需要。但是它的一个突出缺点就是绘制速度慢。目前，针对于光线投射的软件加速技术主要有以下几种：包围盒技术(boundingbox)，空间剖分(spacesubdivision)技术和光线相关性(raycoherence)技术。其中，包围盒技术的基本原理是在物体外围生成一个与物体外接的最小多面体，当采用光线投射方法进行绘制的时候，直接跳过多面体以外的数据而只在这个多面体内进行采样和图像合成。空间剖分技术主要是利用数据空间的相关性，通过对数据空间进行剖分，将连续的空体元划分到一定的子区间，当光线在数据空间穿行的时候，碰到这些子区间只需进行简单的求交运算，就可以略过整个子区间，从而减少光线投射的步数，达到降低绘制时间的目的。空间网格剖分有两种方式：一种是将空间均匀地分割成大小相同的小立方体网格的方法；另外一种网格剖分方式是采用分层次的空间剖分方法。除了以上加速方法，预处理计算方法也可以提高图像质量及加速光线追踪过程。基于光线相关性的加速方法主要基于以下一种或几种原理：(1)像空间相关性(pixel-spacecoherency)，(2)物空间相关性(object-spacecoherence)，(3)光线间相关性(inter-raycoherency)，(4)空间跳跃(space-leaping)，(5)序列间相关性(sequencecoherence)。随着CT等影像设备的升级换代，数据量越来越大，采用现有加速方法(如上述光线投射的软件加速技术)对速度的提高有限，无法满足临床要求。再者，现有的预处理方法也往往无法把光照相关计算进行预处理，这主要是由于光照模型需要引入光线向量，而在旋转过程中光线向量是动态变化的，而且如果引入光线向量需要存储向量三个浮点的标量分量，这对于一些预合成方法创建相关查找表是很难实现的。
技术实现思路
针对现有医学三维可视化方案中数据处理速度慢，无法满足临床要求的问题，需要一种新的光线投射加速方案，以让医学三维可视化速度满足临床要求。为此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，以提高光线投射方案中数据处理的速度。为了达到上述目的，本专利技术提供的用于医学三维可视化的球坐标索引方法，该方法预先计算体元的法向量，并基于球坐标的索引方法进行存储，以更新与法向量索引对应的数据列表。一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，所述方法预先计算体元的法向量，并基于球坐标的索引方法进行存储，以更新与法向量索引对应的数据列表。本索引方法中，所述体元的法向量由下式给出：其中其中，N(xi,yj,zk)为法向量，f(xi,yj,zk)为点(xi,yj,zk)的CT值。本索引方法中，所述方法在读入患者影像数据后进行体元法向量的计算。本索引方法中，基于球坐标的索引方法进行存储的过程如下：在球坐标系，计算体元的法向量N(xi,yj,zk)，通过如下公式确定：其中，θ为球坐标系中Z轴的方位角；φ球坐标系中X轴的方位角；存储体元法向量及其相关项，不存储体元法向量浮点类型的三个标量分量，只要存储体元法向量对应的离散后的θ[xi,yj,zk]及φ[xi,yj,zk]。进一步的，将θ及φ按256份均分进行离散，体元法向量索引下标对应的离散值θm和φn，有m,n∈[0,256]。本索引方法中，所述方法在图像旋转重建时，只基于变化的光线向量对表DP[θm,φn]进行更新，然后在光线追踪过程采样时基于体元法向量索引[θm,φn]及DP[θm,φn]直接得到采样点法向量与光线向量的点积，所述表DP[θm,φn]来存储[θm,φn]对应的向量与光线向量的点积值。基于上述方案构成的用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其能够有效避免体元法向量及与法向量相关参数的重复计算，节省了大量时间；同时，能够大量减少内存方面的开销；基于本方法可进一步提高可视化速度，以让医学三维可视化速度满足临床要求。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为本专利技术实例中球坐标向量表达示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本实例针对现有医学光投影加速技术中所面临的问题，提供一种基于球坐标的向量索引方法。该方案通过预先计算体元的法向量，针对该体元的法向量以球坐标的索引方法进行存储，并以此来更新那些与法向量索引对应的数据列表。由此避免法向量及与法向量相关参数的重复计算，节省了大量时间；同时，本索引方法由于将法向量以球坐标方式进行表达及存储，无需存储向量三个浮点的标量分量，减少了大量内存方面的开销。通过本方案既能够提高速度，又能够大量减少内存开销。这里的预处理在读入患者影像数据后进行，且只计算一次。以下通过以具体实例来进一步的说明本方案。实例1，向量球坐标索引的建立基于光线追踪原理的三维可视化过程中，在图像采样及合成过程中会涉及到关于体元法向量及相关项的计算。对应的，在笛卡儿坐标系中，体元的法向量N由下式给出：其中其中，N(xi,yj,zk)为法向量，f(xi,yj,zk)为点(xi,yj,zk)的CT值。由于体元法向量是经过单位化的，故在球坐标系中可以用图1中的θ及φ角唯一确定(如图1所示)。这里的θ及φ角为图1中的方位角，θ为有向线段与z轴正向的夹角；φ为从正z轴来看自x轴按逆时针方向所转过的角。在实际的应用中，基于公式1.1和公式1.2可以计算出体元的法向量N(xi,yj,zk)，其对应的θ及φ满足：据此完成以球坐标方式来表达预先计算得到的体元法向量。在存储体元法向量及其相关项时，本实例不需要存储体元法向量浮点类型的三个标量分量，而只存储体元法向量对应的离散后的θ[xi,yj,zk]及φ[xi,yj,zk]，这里的θ[xi,yj,zk]及φ[xi,yj,zk]为点[xi,yj,zk]处的球坐标。为了降低内存的消耗，本实例将θ及φ按256份均分进行离散，则体元法向量索引下标对应的离散值θm和φn，有m,n∈[0,256]，并以此进行存储。同时基于不同的应用还需要另外一个或多个表存储需要计算的相关项。比如在实际计算中需要计算法向量与光线向量的点积，本实例定义一个表DP[θm,φn]来存储离散方位角[θm,φn]对应的向量与光线向量的点积值。由此，当图像旋转重建时，本实例只需要基于变化的光线向量及1.3式对表DP[θm,φn]进行更新，然后在光线追踪过程采样时基于体元法向量索引[θm,φn]及DP[θm,φn]直接得到采样点法向量与光线向量的点积，而不需要每次采样都重新进行计算。实例2，向量球坐标索引在体显示中的具体应用基于光线追踪的体显示图像合成公式由下式给出：cout,λ(u,v)＝cin,λ(u,v)(1-α(xi,yj,zk))+cλ(xi,yj,zk)α(xi,yj,zk)(2.1)；其中，cout,λ(u,v)表示光线离开体元时的颜色值，cin,λ(u,v)表示光线进入体元前的颜色值，α(xi,yj,zk)表示当前体元的阻光度，cλ(xi,yj,zk)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，所述方法预先计算体元的法向量，并基于球坐标的索引方法进行存储，以更新与法向量索引对应的数据列表。

【技术特征摘要】
1.一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，所述方法预先计算体元的法向量，并基于球坐标的索引方法进行存储，以更新与法向量索引对应的数据列表。2.根据权利要求1所述的一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，所述体元的法向量由下式给出：其中其中，N(xi,yj,zk)为法向量，f(xi,yj,zk)为点(xi,yj,zk)的CT值。3.根据权利要求1所述的一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，所述方法在读入患者影像数据后进行体元法向量的计算。4.根据权利要求1所述的一种用于医学三维可视化的球坐标索引方法，其特征在于，基于球坐标的索引方法进行存储的过程如下：在球坐标系，计算体元的法向量N(xi,yj,zk)，通过如下公式确定：xi＝s...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉，
申请(专利权)人：江西中科九峰智慧医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36