CN111598990B - 读取DICOM数据并生成Texture3D的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，包括：数组获取步骤：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；图像排序步骤：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序。由于操作等各种不确定因素无法准确判断一个dicom序列文件中的图像数据的准确方向，本发明通过对dicom文件安装图像编号排序，然后根据最后一张图像和第一张图像的位置和方向信息准确得出三维图像的Z方向。

Description

读取DICOM数据并生成Texture3D的方法
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，具体地，涉及一种读取DICOM数据并生成Texture3D的方法。尤其地，涉及一种Unity3D下读取DICOM数据并生成Texture3D的方法及系统。
背景技术
Unity可实时开发平台。打造面向游戏、汽车、交通运输、电影、动画、架构、工程等领域的3D、2D VR和AR可视化效果。Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blender gameengine,Virtools或Torque Game Builder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件。其编辑器可运行在Windows、Linux(目前仅支持Ubuntu和Centos发行版)、Mac OS X下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL(需要HTML5)、Windows phone 8和Android平台。也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Mac所支持。
现有专利文献106504317A(申请号：201610900136.7)公开了一种三维模型的外观纹理提取方法及装置，涉及三维模型技术领域。方法包括：获取预先设置的初始代理模型，并获取用户输入的三维输入图像；根据三维输入图像和初始代理模型，对初始代理模型进行配准拟合，形成拟合后代理模型；根据拟合后代理模型，对三维输入图像进行本征图像分解，生成三维输入图像的本征图像分解后几何形状和三维输入图像的反照率信息，并确定了三维输入图像的二级几何纹理和材质纹理。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种Unity3D下读取DICOM数据并生成Texture3D的系统。
根据本发明提供的一种Unity3D下读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，包括如下步骤：
根据本发明提供的一种读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，包括：
数组获取步骤：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序步骤：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断步骤：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化步骤：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建步骤：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
优选地，所述图像数值指像素值。
优选地，所述数据归一化步骤：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
优选地，所述对象创建步骤：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
优选地，所述方向判断步骤：
步骤S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
步骤S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2。
步骤S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
步骤S4：将pos2减去pos1得到值pos；
步骤S5：将ori与pos做点积得到值delta；
步骤S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
根据本发明提供的一种读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，包括：
数组获取模块：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序模块：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断模块：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化模块：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建模块：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
优选地，所述图像数值指像素值。
优选地，所述数据归一化模块：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
优选地，所述对象创建模块：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
优选地，所述方向判断模块：
模块S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
模块S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2。
模块S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
模块S4：将pos2减去pos1得到值pos；
模块S5：将ori与pos做点积得到值delta；
模块S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、由于dicom文件中表示图像的数值为非Texture3D需要的[0,1]的float型数值，而且一个序列中单张图像文件中的最大值与最小值并不一定相同，本发明将一个序列的dicom文件中的图像数据进行归一化处理。
2、由于操作等各种不确定因素无法准确判断一个dicom序列文件中的图像数据的准确方向，本发明通过对dicom文件安装图像编号排序，然后根据最后一张图像和第一张图像的位置和方向信息准确得出三维图像的Z方向。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的DICOM文件序列和Txture3D对比示意图。
图2为本发明提供的Unity3D下读取DICOM数据并生成Texture3D流程示意图。
图3为本发明提供的推算图像方向流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种Unity3D下读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，包括如下步骤：
根据本发明提供的一种读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，包括：
数组获取步骤：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序步骤：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断步骤：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化步骤：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建步骤：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
具体地，所述图像数值指像素值。
具体地，所述数据归一化步骤：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
具体地，所述对象创建步骤：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
具体地，所述方向判断步骤：
步骤S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
步骤S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2。
步骤S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
步骤S4：将pos2减去pos1得到值pos；
步骤S5：将ori与pos做点积得到值delta；
步骤S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
根据本发明提供的一种读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，包括：
数组获取模块：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序模块：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断模块：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化模块：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建模块：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
具体地，所述图像数值指像素值。
具体地，所述数据归一化模块：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
具体地，所述对象创建模块：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
具体地，所述方向判断模块：
模块S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
模块S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2。
模块S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
模块S4：将pos2减去pos1得到值pos；
模块S5：将ori与pos做点积得到值delta；
模块S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。
优选例1：
一种Unity3D(是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎)下读取DICOM数据并生成Texture3D(3D纹理绘制)的系统，包括：
步骤1：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，用于后续的排序工作。
步骤2：根据DICOM的序列编号Tag[0020,0013](按照Dicom3.0国际标准中的图像序列数值)升序排序。
步骤3：读取排序后的第一个DICOM和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向。
步骤4：找出所有文件中图像数值(像素值)的最大值(Hmax)，并找出最小值(Hmin)，然后将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型位float型数值。
步骤5：将步骤4归一化后的数据，结合步骤3得出方向存储一个一维浮点型数组中(float[]),然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的height，DICOM文件的总数为Textue3D的depth，创建Texture3D对象。
所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：读取图像方向信息，从排序后的第一个DICOM文件Tag[0020,0037](按照Dicom3.0国际标准中的图像数据旋转信息)和最后一个DICOM文件的Tag[0020,0037]并创建关于图像三维向量(Vector3)：ori1(Dicom体数据的x轴方向)和ori2(Dicom体数据的y轴方向)。
步骤3.2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的Tag[0020,0032](按照Dicom3.0国际标准中的图像数据位置信息)和最后一个DICOM文件的Tag[0020,0032]并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2。
步骤3.3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori(临时变量，用于步骤3.5，无实际意义)。
步骤3.4：将pos2减去pos1得到值：pos(临时变量，用于步骤3.5，无实际意义)
步骤3.5：将ori与pos做点积得到值delta(临时变量，用于步骤3.6，无实际意义)。
步骤3.6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z(depth)方向相同，否则，则相反。
在Unity3D环境下读取包括并不仅限于CT，MRI在内的标准DICOM影像数据生成Txture3D，为进一步实现DICOM影像数据三维重建提供数据支持。
由于DICOM数据存储中包含的图像数据数值类型包括short和ushort两种类型，而Texture3D接受的数据数值类型为float型，有效数据范围在0到1之间。本发明将各种类型的DICOM影像数据读取出来，转到0到1之间。
然后通过读取DICOM序列文件中的关于方向和位置的Tag值，确定图像方向，生成对应的Texture3D数据。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，其特征在于，包括：
数组获取步骤：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序步骤：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断步骤：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化步骤：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建步骤：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
2.根据权利要求1所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，其特征在于，所述图像数值指像素值。
3.根据权利要求1所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，其特征在于，所述数据归一化步骤：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
4.根据权利要求1所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，其特征在于，所述对象创建步骤：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
5.根据权利要求1所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的方法，其特征在于，所述方向判断步骤：
步骤S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
步骤S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2；
步骤S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
步骤S4：将pos2减去pos1得到值pos；
步骤S5：将ori与pos做点积得到值delta；
步骤S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
6.一种读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，其特征在于，包括：
数组获取模块：在Unity3D中读取序列文件夹下所有的DICOM文件，并按照文件个数创建对象存储到数组，获得DICOM文件的图像文件数组，用于后续的排序工作；
图像排序模块：根据获得的DICOM文件的图像文件数组升序排序；
方向判断模块：读取排序后的第一个DICOM文件和最后一个DICOM文件关于图像方向和位置的Tag值，通过矢量运算后判断图像在空间中的Z坐标方向；
数据归一化模块：找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，然后将所有文件中的图像数值归一化，获得归一化后的数据；
对象创建模块：根据获得的归一化后的数据以及图像在空间中的Z坐标方向，创建Texture3D对象。
7.根据权利要求6所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，其特征在于，所述图像数值指像素值。
8.根据权利要求6所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，其特征在于，所述数据归一化模块：
找出所有DICOM文件中图像数值的最大值以及最小值，将所有文件中的图像数值归一化到0到1，且数据类型为float型数值，获得归一化后的数据。
9.根据权利要求6所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，其特征在于，所述对象创建模块：
将获得的归一化后的数据，结合获得的图像在空间中的Z坐标方向，存储于一个一维浮点型数组中,然后以单张DICOM二维图像的长为Textur3D的宽度width，单张DICOM二维图像的高度为Texture3D的高度height，DICOM文件的总数为Textue3D的深度depth，创建Texture3D对象。
10.根据权利要求6所述的读取DICOM数据并生成Texture3D的系统，其特征在于，所述方向判断模块：
模块S1：读取所有的Dicom图像，并按照Dicom图像的序列编号进行排序，读取任意一张dicom图像方向信息：Dicom体数据的x轴方向ori1和Dicom体数据的y轴方向ori2；
模块S2：读取图像位置信息，从排序后的第一个DICOM文件中的图像数据位置信息pos1和最后一个DICOM文件的图像数据位置信息pos2，并创建三维向量(Vector3)：pos1和pos2；
模块S3：将ori1和ori2做叉积得到值：ori；
模块S4：将pos2减去pos1得到值pos；
模块S5：将ori与pos做点积得到值delta；
模块S6：如果delta为大于0的数，则说明排序文件顺序与将要创建的Texture3D的Z方向相同；否则，则相反，如果相反，将排序文件倒序。
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基于Qt4的DICOM文件数据读取和图像显示;胡胜文;荆保国;梁玉新;;科技信息(13);全文 *

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