CN103136786B - 一种ct图快速生成三维视图的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CT图快速生成三维视图的方法与系统。本系统通过CT生成的人体系列切图，通过建立图元的空间位置组，通过模拟射入光线计算光线路径上的图元阻挡，并通过建立记录每个图元与最近有色图元的间隔数，实现快速有色图元查找，从而快速形成三维立体视图的效果。本系统通过建立记录每个图元与最近有色图元的间隔数，极大的提高了三维立体视图生成的性能。

Description

一种CT图快速生成三维视图的方法与系统

技术领域

本发明涉及一种CT图快速生成三维视图的方法，还涉及一种CT图快速生成三维视图的系统，具体属于医疗图像处理技术领域。

背景技术

CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，由光电转换变和模拟/数字转换输入计算机处理。CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成，这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。CT的密度分辨力高，可以较好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。

CT图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过CT图像的重建后使用。

目前CT图像的使用都是通过重建来展现的，三维图像都是模拟出来的，而从二维的图像模拟到三维，其中图像渲染的速度是主要的因素，以及CT中各种标记处理等，直接影响到相关图像的使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种CT图快速生成三维视图的方法与系统。即通过基于图元的空间坐标，建立多个空间索引数组，包括图元索引空间索引数组、最近有色图元间隔空间索引数组、图元预处理标记空间索引数组等，通过对模拟光线穿过定位的图元的空间索引，按照配置的先后顺序处理相关功能，其功能对应的参数记录在对应的空间索引数组相同空间索引的位置中。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种CT图快速生成三维视图的方法，通过将CT图切分为相同大小的图片块，即图元，并模拟射入光线路径上的图元阻挡生成视图，从而模拟出三维立体效果的视图，具体步骤包括：

1）排列对齐CT生成的人体系列切面图，并将每个图切分为相同大小的图片块，称为图元；

2）基于图元的空间坐标依据系统配置进行初始化，生成图元的空间索引数组、最近有色图元间隔空间索引数组、图元预处理标记空间索引数组；

3）模拟从视图一点发射垂直光线，计算光线穿过的图元空间位置索引，并行处理全部的空间索引数组，由发射点查找图元，计算N个有色图元的灰度叠加显示为视图点；最近有色图元间隔空间索引数组记录图元与最近有色图元的间隔数，计算光线时快速跳过一定数量空白图元，加快视图点生成速度；图元预处理标记空间索引数组记录图元的预处理，是对原始图元无影响情况下增加附加处理，包括色彩标记、图元灰度处理。

步骤2中：依据系统配置进行的预处理，生成多个不同用途的空间索引数组，所有空间索引数组的个数相同，各个数组相同空间坐标对应同一图元。依据系统配置的初始化生成的若干个空间索引数组，其中每一个空间索引数组对应一种处理程序，并配置了光线计算时处理的优先次序。初始化时依据系统配置，生成图元的空间索引数组、最近有色图元间隔空间索引数组、图元预处理标记空间索引数组等，并调用对应的处理程序，完成空间索引数组数据的初始化。

步骤3中：计算光线穿过的图元空间位置点时，按照配置顺序依次处理各个的空间索引数组，并触发空间索引数组对应的操作。计算光线穿过的图元配置终止条件是计算N个有色图元灰度叠加。最近有色图元间隔空间索引数组记录图元与最近有色图元的间隔数，图元间隔数方向是同一图片中的、图片垂直方向的、或除垂直方向以外的任意方向纠正间距的，记录最近的有色图元的间隔数，或记录相对位置索引。图元预处理标记空间索引数组为多组，其中每组对应一种对原始光源的附加处理，或另一次CT图片的叠加处理。

一种CT图快速生成三维视图的系统，包括CT切片管理器、视图管理器、光线模拟器、空间索引数组管理器、以及对应的图元处理程序，其中CT切片管理器管理排列对齐CT生成的人体系列切面图以及切分的图元；视图管理器是管理依据模拟射入光线投射在图元上投影的点视图，并缓存；光线模拟器是模拟垂直视图的光线计算图元在视图上的投影点，以生成三维视图；空间索引数组管理器管理1个以上的空间索引数组，用于记录对图元的处理。

光线模拟器还连接配置管理器，记录在光线遇到的每一个图元时，触发的处理系列，其中处理需要的参数记录在空间位置索引相同的空间索引数组中。

采用上述方案后，与现有技术相比具有以下有益效果：其通过最近有色图元间隔空间索引数组记录图元与最近有色图元的间隔数，这样在光线计算时能够快速跳过一定数量空白图元，极大加速视图点生成性能。而其他的空间索引数组使得在对原始图元无影响情况下可以增加很多的附加处理。

附图说明

图1是一种CT图快速生成三维视图的方法流程示意图；

图2是一种CT图快速生成三维视图的系统构成示意图。

具体实施方式

本发明的核心是通过建立与CT图元切分完全相同的若干空间索引数组，每个空间索引数组对应模拟光线计算中需要的一种数据处理调用，对应一个处理函数，而每个空间索引数组项中保存的值，就是模拟光线定位的该点需要处理的函数参数。

通过针对模拟光线寻找到图元进行一系列的处理，而从快速高效的计算出改模拟光线的灰度值，从而由这些光线计算形成的点组成平面生成模拟三维效果的视图。

在具体的应用中，假设生成了100张CT人体截面图像，将所有截面图像原点对其并顺序排列后，按照100×100大小切分为10000个图元。即图1中11所示。

随后，按照图1中步骤12，即按照系统配置，需要对边缘点进行30%的灰度透明处理，需要显示医疗辅助空间染色标注信息，则依据上述配置，生成两个空间索引数组，即灰度处理空间索引数组、色彩标记空间索引数组，这两个空间索引数组的项与图元一一对应。

系统还生成一个最近有色图元的空间索引数组，主要记录该空间位置图元，距离其最近有色图元的间隔数，图元间隔数方向不论是同一图片中的、图片垂直方向的、或除垂直方向以外的任意方向纠正间距的，只记录最近的有色图元的间隔数，也可以记录相对位置索引。

上述空间索引数组各自完成数据初始化。

当需要模拟三维查看时，视图可以看作垂直于视图平面的光线形成的点组成的。这条模拟光线13穿越空间，找到模拟光线穿过的图元，进行处理计算光线点的灰度、亮度值，显示在视图14上。

其中模拟光线找到CT图边缘的一个图元，发现其为空白，则依据配置无须处理，通过查找最近有色图元的空间索引数组，发现其记录值是26，则直接跳过光线方向上的26个图元，下一个图元为光线方向上的第28个图元，当发现其为空白时，循环处理，直到寻找到有色的图元。最近有色图元的空间索引数组使得任何方向的模拟光线，都能够最快的寻找到有色图元的位置索引，大大提升了系统的性能。

当找到的当前图元为有色的，假设为F(12,23,09)图元，则依据系统配置，首先找出F(12,23,09)图元，依据色彩标记空间索引数组，调用色彩标记处理函数，对应在(12,23,09)中的存储值取出作为色彩标记空间索引数组的处理函数的参数。对该图元进行色彩标记预处理16，随后调用灰度处理函数，将灰度处理空间索引数组中对应在(12,23,09)中的存储值取出作为灰度处理函数的参数，对该图元进行灰度处理17。

按照系统配置调用相关处理之后，继续通过最近有色图元的空间索引数组快速找到最近的有色图元，如果处理图元按照灰度叠加，最多处理3个图元，并且灰度值超过90%即终止，经过这些终止条件判断，是否继续进行图元处理，还是返回该模拟光线生成的点。

图2显示了系统的构成，主要包括CT切片管理器21、光线模拟器22、视图管理器23、空间索引数组管理器24，以及图元处理模块25。其中CT切片管理器21就是管理对齐排列的CT图元；光线模拟器22是模拟从视图管理器23中对应一个点发出的光线，由模拟光线计算光路穿越空间图元时的形成的灰度光点。

空间索引数组管理器24中记录对模拟过程中需要使用到的若干序列的数据，其中每一个空间索引数组的个数与维度索引数均完全一致。空间索引数组对应一个图元处理过程，其中空间索引数组项中保存的值，为这个图元处理过程调用函数的参数。

图元处理模块25，也就是插件形式的图元处理调用函数集，其函数调用时涉及的参数，存储在对应的空间索引数组项中。

本发明通过与图元空间索引位置一一对应的建立完全相同结构的空间索引数组，将需要处理的变量与设置都有序整理与存储起来，非常方便的实现了对图元的快速的、可定制的处理，使得模拟三维视图快速实现渲染。并且，这种技术的使用，还能够实现通过图元空间索引进行其他的图形、色彩附加处理，典型如肿瘤位置染色标注，手术切割方向指示箭头等，这些处理信息保存在空间索引数组中，不影像原有图元的信息，同时非常易于扩展。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种CT图快速生成三维视图的方法，其特征在于：通过将CT图切分为相同大小的图片块，即图元，并模拟射入光线路径上的图元阻挡生成视图，从而模拟出三维立体效果的视图，具体包括：

1）排列对齐CT生成的人体系列切面图，并将每个图切分为相同大小的图片块，称为图元；

2）基于图元的空间坐标依据系统配置进行初始化，生成多个不同用途的空间索引数组包括图元的空间索引数组、最近有色图元间隔空间索引数组和图元预处理标记空间索引数组，所有空间索引数组的个数相同，各个数组相同空间坐标对应同一图元；

?依据系统配置的初始化生成的若干个空间索引数组，其中每一个空间索引数组对应一种处理程序，并配置了光线计算时处理的优先次序；

初始化时依据系统配置，生成图元的空间索引数组、最近有色图元间隔空间索引数组、图元预处理标记空间索引数组，并调用对应的处理程序，完成空间索引数组数据的初始化；

3）模拟从视图一点发射垂直光线，计算光线穿过的图元空间位置索引，并行处理全部的空间索引数组，由发射点查找图元，计算N个有色图元的灰度叠加显示为视图点；最近有色图元间隔空间索引数组记录图元与最近有色图元的间隔数，计算光线时能快速跳过空白图元，加快视图点生成速度；图元预处理标记空间索引数组记录图元的预处理，是对原始图元无影响情况下增加附加处理，包括色彩标记、图元灰度处理；

计算光线穿过的图元空间位置点时，按照配置顺序依次处理各个的空间索引数组，并触发空间索引数组对应的操作；

计算光线穿过的图元配置终止条件是计算N个有色图元灰度叠加；

最近有色图元间隔空间索引数组记录图元与最近有色图元的间隔数，图元间隔数方向是同一图片中的或图片垂直方向的或除垂直方向以外的任意方向纠正间距的，记录最近的有色图元的间隔数，或记录相对位置索引；

图元预处理标记空间索引数组为多组，其中每组对应一种对原始光源的附加处理，或另一次CT图片的叠加处理。

2.实现权利要求1所述的一种CT图快速生成三维视图的方法的系统，其特征在于：包括CT切片管理器、视图管理器、光线模拟器、空间索引数组管理器、以及对应的图元处理程序，其中CT切片管理器管理排列对齐CT生成的人体系列切面图以及切分的图元；视图管理器是管理依据模拟射入光线投射在图元上投影的点视图，并缓存；光线模拟器是模拟垂直视图的光线计算图元在视图上的投影点，以生成三维视图；空间索引数组管理器管理1个以上的空间索引数组，用于记录对图元的处理。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述光线模拟器还连接配置管理器，记录在光线遇到的每一个图元时，触发的处理系列，其中处理需要的参数记录在空间位置索引相同的空间索引数组中。