一种快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法技术

本发明专利技术涉及一种快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，包括以下步骤：用户在医学图像后处理系统中旋转ＶＲ或ＭＩＰ窗口，医学图像后处理系统获得旋转后的图像绘制信息，并初始化共享ｂｕｆｆｅｒ；医学图像后处理系统根据上述图像绘制信息进行ＶＲ绘制，得到ＶＲ图像，对共享ｂｕｆｆｅｒ赋值；医学图像后处理系统根据上述共享ｂｕｆｆｅｒ信息和图像绘制信息进行ＭＩＰ绘制，得到ＭＩＰ图像；医学图像后处理系统同时显示ＶＲ图像和ＭＩＰ图像。本发明专利技术可以在同一个观察窗口为用户同时提供具有相同体位相同观察角度的ＶＲ和ＭＩＰ绘制图像，提供给用户更加直观、准确、快捷的辅助诊断信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学图像处理技术，具体的说是一种快速体绘制和最大密度投影同步 联合绘制方法.
技术介绍
面对医学成像设备的物理分辨率不断提高和医学图像体数据场的不断增大，通过 传统的二维断面图像进行诊断已经不能满足临床应用的需要，而通过三维重建技术可以直 观的显示病变的具体形状、位置及其周围组织等信息，能够节省医生的诊断时间并起到辅 助诊断的作用。基于光线投射的VR(Volume Rendering 体绘制)技术和 MIP (Maximun^ntensity I^ojection最大密度投影)技术是两种常用的具有临床价值的三维图像重建技术。光线投 射体绘制技术通过对医学图像数据设置颜色值和透明度信息合成出具有立体视觉效果的 图像，可用于观察人体组织器官的外形和组织间的位置关系等。最大密度投影成像技术用 一束平行的射线从某个角度穿过一个容积体，找出每条射线上的最大值。最大密度投影图 像在临床上常用于观察人体的骨骼组织或血管的钙化情况。最大密度投影图像反应的是最大值信息，不能反应出组织间的立体前后位置关 系，视觉上立体感差，但是易于观察骨骼结构和钙化状况。彩色体绘制则可以提供很好的立 体视觉效果，但是受限于协议的设定，有些细小的血管末端等细节信息可能会显示不全。相 应的在一定的旋转角度下，MIP图像能显示更多的图像细节信息。因此，同时观察体绘制图 像和MIP图像可以给临床医生提供更多的、更准确直观的诊断信息。目前，主要的医学图像后处理软件提供商如Siemens、Philips, GE、东芝等的医学 图像后处理工作站都提供VR和MIP绘制模式，各个厂商使用的算法不同，提供的绘制速度 也不同。目前还没有人提出VR和MIP联合绘制的概念。发布日期为Oct. 15，1996，申请号为 08/196921、名称为《Apparatus andmethod for the visualization of a three-dimensional scene by means ofmaximum intensity projection》的美国专利申请中采用了一种估计方法，目的是减少不必要的插值计算，即对 每一条投射光线估计一个阈值，只有当投射光线上的采样点值大于阈值的时候才进行三线 性插值。该专利技术使用的加速方法是最基本的加速思想，即减少三线性插值的次数以减少运 算量。这种方法还是会产生不必要的插值，对MIP绘制速度的提高是有限的。公开日为Feb.22，2007、公开号为US 2007/0040833A1、名称为《Methodand system for adaptive maximum intensity projection ray casting》的美国专禾Ij申请,禾Ij用八叉 树记录数据的特征值，采用基于光线投射的方法迅速跳跃最大值小于阈值的八叉树节点， 并在2维成像图像上用估计的方法插值得到临近区域相似度高的像素点的值，从而得到快 速的绘制MIP图像的方法。该方法的缺点是对数据建立八叉树数据结构会占用一定的内存 和预处理时间，同时八叉树节点间的关系比较复杂，进行遍历分析时需要较多的计算和比 较。公开号为US 2006/0147106 Al，公开日为 Jul. 6，2006，名称为《Usingtemporal and spatial coherence to accelerate maximum/Minimum intensityprojection〉〉的美国 专利申请提出一种使用八叉树结构对数据场进行预处理，计算获得每个八叉树节点的最大 值和最小值，同时结合了平行光线的相关性和邻域信息的相关性，在投射平面内先发射一 些射线，并记录这些射线获得的最大值信息，存储在一个buffer中，之后发射剩余的射线， 用其邻域内的已射完的射线获得的值估计得到一个阈值作为剩余射线的初始值。该方法另 外还结合了时间和空间的信息，时间信息是在该点的上一帧图像获得最大值点的空间位置 信息，空间信息是在该点投射前邻域内已投射的光线获得最大值点的空间位置信息，结合 两个信息，得到一个特定空间位置，该点的射线就从这个特定的空间位置周围开始投射。该 方法同样使用了八叉树数据结构，同样需要消耗预处理时间和一定的内存，及八叉树复杂 的遍历关系。另外，用估计方法给投射射线设定阈值有可能会带来图像质量损失。另外，由于医学数据量大，三维重建需要进行大量的插值和合成等计算，单纯的一 次彩色体绘制成像运算量或一次最大密度投影成像运算量都是很大的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的VR绘制受限于协议的设定，有些细小的血管末端等细节 信息可能会显示不全、MIP立体视觉效果差以及体绘制成像运算和最大密度投影成像运算 量大等不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种快速体绘制和最大密度投影同步联 合绘制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术包括用户在医学图像后处理系统中旋转VR或MIP窗口，医学图像后处理系统获得旋转 后的图像绘制信息，并初始化共享buffer ；医学图像后处理系统根据上述图像绘制信息进行VR绘制，得到VR图像，对共享 buffer 赋值；医学图像后处理系统根据上述共享buffer信息和图像绘制信息进行MIP绘制，得 到MIP图像；医学图像后处理系统同时显示VR图像和MIP图像。所述进行VR绘制得到VR图像，生成共享buffer包括以下步骤在医学图像后处理系统中建立分级节点数据结构建立多级节点，每个节点记录 自身包含的所有数据的最大值和最小值，分别记为节点高值和节点低值；同时记录该节点 的包围盒信息和节点是否透明的状态信息；根据上述分级节点数据结构，进行VR绘制结合分级节点技术进行速度优化，利用分级节点数据结构记录的节点高值信息和 节点是否透明的状态信息，如果是透明状态，则跳过透明的节点，并在VR绘制过程中，获得 投射光线上单步采样最大值和可靠深度值，将其记录到共享buffer中。所述获得投射光线上单步采样最大值和可靠深度值的方法为在投射光线中确定当前采样点的位置；判断当前采样点是否在整体包围盒内；如果当前采样点在包围盒内，则计算当前采样点所在的节点编号，获得节点高值 和节点是否透明状态值；判断当前采样点位置是否在当前节点内；如果当前采样点位置在当前采样节点内，判断节点是否透明；如果节点不透明，获得当前采样点的数据值；判断当前采样点的数据值是否大于投射光线对应的单步采样得到的最大值；如果当前采样点的数据值大于投射光线对应的单步采样得到的最大值，投射光线 对应的单步采样最大值赋值为当前采样点的数据值；判断当前采样点的数据值是否大于采样已经过节点高值的最大值；如果当前采样点的数据值大于采样已经过节点高值的最大值，则投射光线对应的 最大可靠深度值赋值为当前采样点距离投射点的距离值；计算累积阻光度值；计算颜色合成；判断累积阻光度值是否大于物体可见性阈值；如果累积阻光度值大于物体可见性阈值，结束投射过程，更新共享buffer，获得 VR绘制的对应点的颜色值，结束一条光线的投射过程。如果累积阻光度值小于物体可见性阈值，则当前采样点沿投射光线方向前进一个 单位步长，返回至判断当前采样点位置是否在当前节点内步骤。如果当前采样点的数据值小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于包括以下步骤：用户在医学图像后处理系统中旋转ＶＲ或ＭＩＰ窗口，医学图像后处理系统获得旋转后的图像绘制信息，并初始化共享ｂｕｆｆｅｒ；医学图像后处理系统根据上述图像绘制信息进行ＶＲ绘制，得到ＶＲ图像，对共享ｂｕｆｆｅｒ赋值；医学图像后处理系统根据上述共享ｂｕｆｆｅｒ信息和图像绘制信息进行ＭＩＰ绘制，得到ＭＩＰ图像；医学图像后处理系统同时显示ＶＲ图像和ＭＩＰ图像。

【技术特征摘要】
1.一种快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于包括以下步骤 用户在医学图像后处理系统中旋转VR或MIP窗口，医学图像后处理系统获得旋转后的图像绘制信息，并初始化共享buffer ；医学图像后处理系统根据上述图像绘制信息进行VR绘制，得到VR图像，对共享buffer 赋值；医学图像后处理系统根据上述共享buffer信息和图像绘制信息进行MIP绘制，得到 MIP图像；医学图像后处理系统同时显示VR图像和MIP图像。2.按权利要求1所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 所述进行VR绘制得到VR图像，生成共享buffer包括以下步骤在医学图像后处理系统中建立分级节点数据结构建立多级节点，每个节点记录自身 包含的所有数据的最大值和最小值，分别记为节点高值和节点低值；同时记录该节点的包 围盒信息和节点是否透明的状态信息；根据上述分级节点数据结构，进行VR绘制结合分级节点技术进行速度优化，利用分级节点数据结构记录的节点高值信息和节点 是否透明的状态信息，如果是透明状态，则跳过透明的节点，并在VR绘制过程中，获得投射 光线上单步采样最大值和可靠深度值，将其记录到共享buffer中。3.按权利要求2所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 所述获得投射光线上单步采样最大值和可靠深度值的方法为在投射光线中确定当前采样点的位置； 判断当前采样点是否在整体包围盒内；如果当前采样点在包围盒内，则计算当前采样点所在的节点编号，获得节点高值和节 点是否透明状态值；判断当前采样点位置是否在当前节点内；如果当前采样点位置在当前采样节点内，判断节点是否透明；如果节点不透明，获得当前采样点的数据值；判断当前采样点的数据值是否大于投射光线对应的单步采样得到的最大值； 如果当前采样点的数据值大于投射光线对应的单步采样得到的最大值，投射光线对应 的单步采样最大值赋值为当前采样点的数据值；判断当前采样点的数据值是否大于采样已经过节点高值的最大值； 如果当前采样点的数据值大于采样已经过节点高值的最大值，则投射光线对应的最大 可靠深度值赋值为当前采样点距离投射点的距离值； 计算累积阻光度值；计算颜色合成； 判断累积阻光度值是否大于物体可见性阈值；如果累积阻光度值大于物体可见性阈值，结束投射过程，更新共享buffer，获得VR绘 制的对应点的颜色值，结束一条光线的投射过程。4.按权利要求3所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 如果累积阻光度值小于物体可见性阈值，则当前采样点沿投射光线方向前进一个单位步 长，返回至判断当前采样点位置是否在当前节点内步骤。5.按权利要求3所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 如果当前采样点的数据值小于采样已经过节点高值的最大值，则转至计算累积阻光度值、 计算颜色合成步骤。6.按权利要求3所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 如果当前采样点的数据值小于投射光线对应的单步采样得到的最大值，则转至计算累积阻 光度值、计算颜色合成步骤。7.按权利要求3所述的快速体绘制和最大密度投影同步联合绘制方法，其特征在于 如果节点透明，跳过该节点，并更新采样点的位置坐标；判断当前节点高值是否大于经过的节点高值的最大值；如果当前节点高值大于经过节点高值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建，张兰，马锐兵，
申请(专利权)人：东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]