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《基于片段融合的醫(yī)學(xué)圖像光線投影體繪制技術(shù)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、基于片段融合的醫(yī)學(xué)圖像光線投影體繪制技術(shù)【摘要】光線投影算法是醫(yī)學(xué)圖像三維可視化中常用的體繪制技術(shù)，算法原理簡(jiǎn)單，具有較高的成像質(zhì)量，但繪制速度較慢。我們改進(jìn)算法，利用投射光線與平面簇求交，快速確定融合片段，減少插值計(jì)算量，采用基于片段的融合繪制技術(shù)，加快融合速度，并且利用包圍盒技術(shù)減少對(duì)無(wú)效平面的求交，提高了光線投影的效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法既能保證繪制質(zhì)量，又能顯著減少計(jì)算量，提高體繪制的速度。【關(guān)鍵詞】體繪制;醫(yī)學(xué)圖像;光線投影算法;平面簇求交;片段融合 RayCastingVolumeRenderingofMedical ImagesUsingSegm
2、entpositionXULing，QIANZhiyu，TAOLing (DepartmentofBiomedicalEngineering,CollegeofAutomation,NanjingUniversityofAeronauticsAstronautics,Nanjing210016,China) Abstract：edicalimage;Raycastingalgorithm;Intersectionputationofplanes;Segmentposition 1引言 醫(yī)學(xué)影像的體繪制技術(shù)在臨床上已成為輔助診斷和輔助治療的重要手段。體繪制技術(shù)可分為間
3、接體繪制和直接體繪制兩大類，與間接體繪制相比，直接體繪制不僅能觀察組織的表面，還能夠透過(guò)表面觀察到組織的內(nèi)部細(xì)節(jié)，有助于醫(yī)生對(duì)病灶部位做出正確的判斷，更適合于臨床應(yīng)用。光線投影算法[1]是直接體繪制中效果較好的方法，具有較高的成像質(zhì)量，可以顯示醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)場(chǎng)中細(xì)微的特征信息，且算法原理簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，其技術(shù)已成為近年來(lái)醫(yī)學(xué)信息可視化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但由于其投影光線數(shù)量巨大，嚴(yán)重影響了成像速度，為此，本研究在深入研究和綜合分析各種加速算法的基礎(chǔ)上[2-6]，提出了一種光線投影體繪制的綜合加速算法，在保證繪制質(zhì)量的基礎(chǔ)上，有效地縮短光線投影算法的繪制時(shí)間?！ ?光線投影算法原理
4、 光線投影算法原理可簡(jiǎn)單描述為：根據(jù)設(shè)定的觀察方向，從屏幕上的每一個(gè)像素點(diǎn)發(fā)出一條射線，見(jiàn)圖1。射線穿過(guò)三維數(shù)據(jù)場(chǎng)，沿著射線選擇若干個(gè)采樣點(diǎn)，并由距離采樣點(diǎn)最近的8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的顏色值和不透明度值作三次線性插值，求出該采樣點(diǎn)的顏色值和不透明度值，最后將每條射線上各采樣點(diǎn)的顏色值及不透明度值按從前向后或從后向前的順序進(jìn)行合成，得到屏幕上該象素點(diǎn)的最終顏色值?！ 」饩€投影算法能顯示出非常豐富的信息，甚至連數(shù)據(jù)場(chǎng)中細(xì)微的特征都不會(huì)丟失。但是光線投影算法的致命缺陷也源于此。首先，光線投影算法就是重采樣點(diǎn)的光學(xué)屬性按順序進(jìn)行融合的一個(gè)過(guò)程。假設(shè)像平面上有M個(gè)像素點(diǎn)，那么要發(fā)射M條射線，如
5、果每條射線上選取N個(gè)采樣點(diǎn)，則需要對(duì)M×N個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行空間定位，為了得到較好的繪制效果，所需投射光線數(shù)量M和采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)N巨大，所以計(jì)算量很大,極大地影響了成像速度;其次，定位后采樣點(diǎn)光學(xué)屬性的計(jì)算采用三次線性插值的方法，該方法可取得較高的成像質(zhì)量，但效率很低，用簡(jiǎn)單的插值方法又不能保證繪制質(zhì)量。 鑒于傳統(tǒng)光線投影算法的上述缺陷，我們提出了一種綜合的加速算法，在保證繪制質(zhì)量和不增加復(fù)雜度的前提下，有效地提高了繪制速度?！ ?改進(jìn)的光線投影算法 3.1新算法的提出 在醫(yī)學(xué)圖像重建過(guò)程中，通常認(rèn)為兩兩相鄰平面間的采樣點(diǎn)具有相似的光學(xué)屬性，這樣兩兩相鄰平面間所截取的光線線段上
6、的采樣點(diǎn)組成一個(gè)片段，則一條投影光線可以被分為多個(gè)片段，并選取片段上和平面相交采樣點(diǎn)的光學(xué)屬性作為片段的光學(xué)屬性，減少三次線性插值的計(jì)算量。改進(jìn)后算法的主要流程見(jiàn)圖2?！ 』诖?，我們主要從以下幾個(gè)方面對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)：(1)計(jì)算體數(shù)據(jù)立方體在像平面上的投影多邊形，避免發(fā)出與三維數(shù)據(jù)場(chǎng)不相交的投影光線。(2)利用包圍盒技術(shù)減少對(duì)無(wú)效平面的求交。(3)利用平面簇求交的方法快速確定相鄰平面間采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)及交點(diǎn)的光學(xué)屬性，簡(jiǎn)化了插值算法 段的融合技術(shù)，減少了融合操作的次數(shù)和時(shí)間。(5)利用VTK庫(kù)函數(shù)，簡(jiǎn)化算法的編寫(xiě)。前面兩種技術(shù)在本課題組前期的文獻(xiàn)[7]中有比較詳細(xì)的闡述，這里
7、主要介紹融合片段及采樣點(diǎn)的獲取技術(shù)?！ ?.2融合片段的確定及采樣點(diǎn)獲取技術(shù) 兩兩相鄰平面間所截取的光線線段上的采樣點(diǎn)組成一個(gè)片段，顯然，快速確定射線與平面簇的交點(diǎn)是融合片段確定的前提。對(duì)于三維規(guī)則數(shù)據(jù)場(chǎng)，從物空間一點(diǎn)(x0,y0,z0)出發(fā)，沿視線方向(l,m,n)的射線參數(shù)方程可表示為： x=x0+l·t y=y0+m·t z=z0+n·t(1) 設(shè)體元編號(hào)為(i,j,k)，δx、δy、δz分別為X、Y、Z三個(gè)方向上網(wǎng)格點(diǎn)間距。不失一般性，假設(shè)Z軸方向的平面簇與射線方向垂直程度最高，其平面簇方程可表示
