CN113764072B - 医疗影像的重建方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种医疗影像的重建方法、装置、设备及存储介质，涉及图像处理技术领域。该方法包括：获取三维医疗影像的断面图像序列，以及获取窗宽和窗位；基于窗宽和窗位将第一灰阶等级的二维断面图像映射成第二灰阶等级的灰度图像，第一灰阶等级高于第二灰阶等级；基于映射关系确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；基于各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像。该方法通过降低了断面图像对应的灰度图像的灰阶等级后，重新确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，使得确定的各个灰度值对应的彩色分量与各个灰度值匹配度更好，彩色分量之间的过渡效果更好，生成的三维医疗影像更具有真实性。

Description

医疗影像的重建方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及图像处理技术领域，特别涉及一种医疗影像的重建方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

三维医疗影像的可视化在医学上具有十分重要的意义，其直接影响了医务人员对病情的诊断。

对于医疗影像的三维构建，通常是对二维的断面图像序列进行体绘制，生成三维医疗影像。由于原始医疗影像的灰阶等级较高，而大多数显示屏的灰阶等级是低于原始医疗影像的灰阶等级的，因此，在体绘制的过程中，电子设备会对每一个像素进行降低灰阶等级的处理，最终绘制生成三维医疗影像。其中，彩色分量即是RGBA值，其中R表示红色(Red)、G表示绿色(Green)，B表示蓝色(Blue)，A表示透明度(Alpha)。

但采用上述方法生成的三维医疗影像缺乏真实感，影响了人体组织器官的真实反映。

发明内容

本申请实施例提供了一种医疗影像的重建方法、装置、设备及存储介质，可以生成更真实的三维医疗影像。所述技术方案如下：

根据本申请的一个方面，本申请提供了一种医疗影像的重建方法，该方法包括：

获取三维医疗影像的断面图像序列，断面图像序列中的二维断面图像是垂直于同一轴体对三维医疗影像裁切得到的；以及获取窗宽和窗位，窗宽和窗位用于确定断面图像所要显示的组织器官的密度范围；

基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的二维断面图像映射成第二灰阶等级的灰度图像，第一灰阶等级高于第二灰阶等级，灰阶等级用于指示灰阶数量；

基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；

基于各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

根据本申请的另一方面，本申请提供了一种医疗影像的重建装置，该装置包括：

获取模块，用于获取三维医疗影像的断面图像序列，断面图像序列中的二维断面图像是垂直于同一轴体对三维医疗影像裁切得到的；以及获取窗宽和窗位，窗宽和窗位用于确定断面图像所要显示的组织器官的密度范围；

映射模块，用于基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的二维断面图像映射成第二灰阶等级的灰度图像，第一灰阶等级高于第二灰阶等级，灰阶等级用于指示灰阶数量；

确定模块，用于基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；

构建模块，用于基于各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

根据本申请的另一方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上述一个方面所述的医疗影像的重建方法。

根据本申请的另一方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述一个方面所述的医疗影像的重建方法。

根据本申请的另一方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从所述计算机可读存储介质读取所述计算机指令，所述处理器执行所述计算机指令，使得所述计算机设备执行上述医疗影像的重建方法的各种可选实现方式中提供的方法。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在医疗影像的重建方法中，获取三维医疗影像的断面图像序列、以及窗位和窗宽之后，首先降低了断面图像对应的灰度图像的灰阶等级，在基于灰度值彩色分量的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，使得各个灰度值对应的彩色分量与降低灰阶等级之后各个灰度值的匹配度更好，渲染出的颜色和透明度的过渡效果更好，生成的三维医疗影像更具有真实性，能够为医疗人员的医疗诊断提供更好的参考数据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的医疗信息系统的框图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的医疗影像的重建方法的流程图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的灰度值与彩色分量之间的映射示意图；

图4是本申请另一个示例性实施例提供的医疗影像的重建方法的流程图；

图5是本申请一个示例性实施例提供的三维体纹理构建的过程示意图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的16bit灰阶映射至8bit灰阶的过程示意图；

图7是本申请一个示例性实施例提供的三维体积云构建的过程示意图；

图8是本申请一个示例性实施例提供的医疗影像的重建的过程示意图；

图9是本申请一个示例性实施例提供的医疗影像的重建装置的框图；

图10是本申请一个示例性实施例提供的电子设备的结构框图；

图11是本申请一个示例性实施例提供的服务器的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

首先，对本申请实施例涉及的若干个名词进行解释：

医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)，是医学图像和相关信息的国际标准(ISO 12052)。它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式，以用于数字化医学影像传送、显示与存储。

DICOM被广泛应用于放射医疗，心血管成像以及放射诊疗诊断设备(X射线，CT，核磁共振，超声等)，并且在眼科和牙科等其它医学领域得到越来越深入广泛的应用。在数以万计的在用医学影像设备中，DICOM是部署最为广泛的医疗信息标准之一。当前大约有百亿级符合DICOM标准的医学图像用于临床使用。

DICOM标准以计算机网络的工业化标准为基础，它能帮助更有效地在医学影像设备之间传输交换数字影像，这些设备不仅包括电子计算机断层扫描(ComputerTomography，CT)、磁共振(Magnetic Resonance，MR)、核医学和超声检查，而且还包括CR、胶片数字化系统、视频采集系统和医院信息系统(Hospital Information System，HIS)/放射科信息系统(RadiologyInformationSystem，RIS)等。

目前例如CT，核磁共振，超声等利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，所以扫描后得到的图像是多层的断面图像，而我们把一层层的断面图像在z轴上堆叠起来就可以形成三维医疗图像(这就是三维医疗影像的重建)，这时，每一层的断层图像我们都可以存在dicom文件中(当然，dicom文件不是单纯的像素信息，它还有很多的数据头部信息)，如下图，我们的目的就是要把在这些数据头部信息和像素信息从一系列dicom文件中读取出来。

为了便于读取和使用，常常将dicom文件转换为raw文件和mhd文件的格式，每一个病例对应一个raw文件和一个mhd文件。其中，mhd即数据头部信息(meta header data)，mhd文件很小，包含图片其他信息，比如，CT坐标原点，像素间距等；raw表示“未加工的”，raw文件存储了像素信息。

窗技术是CT检查中用以观察不同密度的正常组织或病变的一种显示技术，包括窗宽(windowwidth)和窗位(window level)。窗宽是断层图像上显示的CT值范围，在此CT范围内的组织或病变均以不同的模拟灰度显示。窗位是窗宽上下限的平均数。

CT值是指用豪斯费尔德(发明者)单位(Hounsfield Unit，HU)所得的数据，是测定人体局部组织或器官密度大小的数据。示例性的，不同的放射强度(Raiodensity)可以对应到256种不同程度的灰阶值(也即灰度值)，这些不同的灰阶值可以依CT值的不同范围来重新定义衰减值，假设CT范围的中心值不变，定义的范围一变窄后，我们称为窄窗位(NarrowWindow)，比较细部的小变化就可以分辨出来了，在影像处理的观念上，我们称为对比压缩。例如，为了在腹内找出肝肿瘤的细微变化，就要用肝窗位，假设70HU是肝脏的平均值(称为肝窗位)，我们就可以在更窄的窗宽内重新定义范围，窗位(Window)定为70HU，窗宽为170HU，如此一来范围就是-15HU到+155HU，低于-15HU的值就显示全黑，高于+155HU的值就显示为全白，同理，骨的窗位就要用宽窗位(Wide Window)，主要是考虑到含有脂肪的髓腔内的髓质还有外层致密骨。

灰度值与CT值之间可以互相转换。以灰度值转换为CT值为例，转换公式如下：

Hu＝pixel_val*rescale_slope+rescale_intercept；

其中，pixel_val是第i个像素的灰度值；Hu是第i个像素的CT值，rescale_slope和rescale_intercept是上述转换公式中的转换参数，rescale_slope和rescale_intercept的值均是从dicom文件的头文件读取得到的，i为正整数。如果rescale_slope为1，rescale_intercept为0，则不需要进行转换。

灰阶，是将最亮与最暗之间的亮度变化区分为若干份，以便于进行信号输入相对应的屏幕亮度管控。每张数字影像都是由许多点所组合而成的，这些点又称为像素(pixels)，通常每一个像素可以呈现出许多不同的颜色，它是由红、绿、蓝(RGB)三个子像素组成的。每一个子像素，其背后的光源都可以显现出不同的亮度级别。而灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。这中间层级越多，所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit panel为例，能表现2的8次方也即256个亮度层次，我们就称之为256灰阶。LCD屏幕上每个像素，均由不同亮度层次的红、绿、蓝组合起来，最终形成不同的色彩点。也就是说，屏幕上每一个点的色彩变化，其实都是由构成这个点的三个RGB子像素的灰阶变化所带来的。

光线行进(ray marching)算法，首先有一个三维的体纹理，然后从相机发射n条射线，射线有一个采样的步长；当射线处在体纹理中时，每个步长采样一次，获取纹理值(实际上表示该点的密度值)，计算光照，然后和该条射线当前累积的颜色值进行混合。因为光路是可逆的，从光源射出的光线经过散射，最终进入相机的效果等同于从相机发出的射线进行着色和采样，进而可以渲染出正确的图案，比如，可以渲染出三维医疗影像中的阴影。

示例性的，本申请提供的医疗影像的重建方法，可以应用于CR、胶片数字化系统、视频采集系统、HIS、RIS等系统中，上述系统可以包括扫描设备120、电子设备140、服务器集群160和通信网络180，如图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的医疗信息系统的框图。

示例性的，电子设备140与服务器集群160之间、以及电子设备140与扫描设备120之间通过通信网络180连接。扫描设备120用于扫描医疗影像的断面图像，扫描设备120在扫描得到断面图像之后，将依次扫描得到的断面图像依序传输至电子设备140，由电子设备存储至服务器集群160。电子设备140包括显示屏，电子设备140还可以对上述二维断面图像进行展示。

示例性的，电子设备140与服务器集群160之间、以及扫描设备与服务器集群之间通过通信网络180连接。扫描设备120在扫描得到断面图像之后，将断面图像依次传输至服务器集群160进行存储。电子设备140可以从服务器集群160获取断面图像以展示在显示屏上。

示例性的，电子设备140可以分屏显示二维断面图像、以及基于断面图像序列构建的三维医疗影像。电子设备140还可以对三维医疗影像进行不同方向的拖动，以展示不同方位下的三维医疗影像。

示例性的，电子设备140可以是台式计算机、膝上型便捷计算机、平板电脑、智能手机等。电子设备140中安装有操作系统，可以在该操作系统上运行应用程序，以在电子设备140上通过应用程序调整三维医疗影像构建时的窗宽和窗位。

服务器集群160包括一台或者多台服务器。服务器集群160用于为应用程序提供后台服务。服务器集群160还提供断面图像的存储服务，比如，服务器集群160提供将断面图像存储为dicom文件的服务；又比如，服务器集群160还可以提供将dicom文件转化为mhd文件和raw文件。可选的，服务器200承担主要计算工作，终端100承担次要计算工作；或者，服务器200承担次要计算工作，终端100承担主要计算工作；或者，服务器200和终端100之间采用分布式计算架构进行协同计算。比如，上述三维医疗影像的渲染生成，可以是由电子设备140独自计算完成的，或者，是由服务器集群160计算三维医疗影像的三维体纹理，再由电子设备140基于三维体纹理进行体渲染处理，在电子设备140的显示屏上对重建后的三维医疗影像进行展示。

示例性的，通信网络180包括有线网络或无线网络；可选的，有线网络可以是城域网、局域网、光纤网等；无线网络可以是移动通信网络或无线保真网络(WirelessFidelity，WiFi)。

图2是本申请一个示例性实施例提供的医疗影像的重建方法的流程图，以该方法应用于图1所示系统的电子设备中为例来说明，该方法包括：

步骤201，获取三维医疗影像的断面图像序列，以及获取窗宽和窗位。

断面图像序列包括至少两张二维断面图像，上述至少两张二维断面图像是垂直于同一轴体对三维医疗影像裁切得到的。

上述窗宽和窗位用于确定断面图像所要显示的组织器官的密度范围。示例性的，上述窗宽是显示二维断面图像上所包含的CT值范围，也可以说，上述窗宽是显示三维医疗影像上所包含的CT值范围，其用于定义灰阶之间的衰减值；比如，16阶时相邻两个灰阶之间的差值为a₁，32阶时相邻两个灰阶之间的差值为a₂，a₁是大于a₂的。上述窗位是指窗宽上限与窗宽下限的平均值。窗宽和窗位二者定义了一个取值范围，窗宽定义了上述取值范围的最大值(也即窗宽上限)或者最小值(也即窗宽下限)与窗位之间的取值长度，窗位定义了上述取值范围的最大值和最小值之间的中间值；示例性的，上述窗宽为60HU，窗位为85HU，窗宽的值加上窗位的值即是窗宽上限，窗位的值减去窗宽的值即为窗宽下限，可以确定二者定义的取值范围为+25HU～145HU。

示例性的，上述窗宽和窗位可以是用户自定义的，比如，在对三维医疗影像的重建之前，在电子设备上显示应用程序的用户界面，该用户界面上包括窗宽和窗位的设置控件；电子设备响应于设置控件上对窗宽和窗位的设置操作，将设置后的窗宽和窗位确定为三维医疗影像的渲染参数，则电子设备获取得到窗宽和窗位。示例性的，上述设置控件可以是文本编辑控件，可以在文本编辑控件中直接输入窗宽的值和窗位的值；或者，上述设置控件可以是滑杆控件，可以通过滑杆上的滑块滑动来设置窗宽的值和窗位的值。

示例性的，上述三维医疗影像的断面图像序列存储在数据库中，电子设备向服务器发送数据请求，数据请求用于向服务器请求三维医疗影像的断面图像序列；服务器从数据库中获取断面图像序列之后，将断面图像序列反馈给电子设备。在数据库中每一个三维医疗影像具备唯一标识，在获取三维医疗影像的断面图像序列的数据时，数据请求中携带三维医疗影像的唯一标识。

上述断面图像序列可以存储在dicom文件中，则电子设备从dicom文件中提取断面图像序列。或者，服务器还可以将dicom文件转化为dhm文件和raw文件，之后电子设备可以从dhm文件和raw文件中提取得到断面图像序列。或者，电子设备将获得的dicom文件转化为dhm文件和raw文件，之后电子设备可以从dhm文件和raw文件中提取得到断面图像序列。上述断面图像是二维图像，在断面图像序列中隐含了二维断面图像之间的堆叠顺序信息，因此，通过二维断面图像序列可以生成三维体纹理。

步骤202，基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的二维断面图像映射成第二灰阶等级的灰度图像，第一灰阶等级高于第二灰阶等级。

上述灰阶等级用于指示灰阶数量；比如，二维断面图像有65536(即2¹⁶)个灰阶，也即第一灰阶等级有65536个灰阶；灰度图像有256(即2⁸)个灰阶，也即第二灰阶等级有256个灰阶。又比如，二维断面图像有1024(即2¹⁰)个灰阶，也即第一灰阶等级有1024个灰阶；第二灰阶等级的灰度图像有256个灰阶。

示例性的，电子设备从至少两张二维断面图像中的每一张二维断面图像中提取出第一灰阶等级的灰度图像，得到至少两张灰度图像；将第一灰阶等级的灰度图像映射成第二灰阶等级的灰度图像。

步骤203，基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量。

电子设备中设置有灰度值与彩色分量之间的映射关系，示例性的，该映射关系是按照第二灰阶等级设置的。电子设备从灰度值与彩色分量之间的映射关系中，确定第二灰阶等级的灰度图像中第k个灰度值对应的彩色分量，最终得到第二灰阶等级的灰阶图像中每一个灰度值对应的彩色分量。

可选地，上述映射关系是由窗宽和窗位确定得到的，也即窗宽和窗位是与上述映射关系存在对应关系；示例性的，电子设备确定窗宽和窗位对应的映射关系；从映射关系中确定出各个灰度值对应的彩色分量。

在一些实施例中，彩色分量包括颜色分量和透明度分量；上述映射关系包括灰度值与颜色分量之间的第一子映射关系、以及灰度值与透明度分量之间的第二子映射关系。上述第一子映射关系是由窗宽和窗位确定得到的，也即窗宽和窗位是与第一子映射关系存在第一子对应关系；上述第二子映射关系是由窗宽和窗位确定得到的，也即窗宽和窗位是与第二子映射关系存在第二子对应关系；电子设备可以确定与窗宽和窗位对应的第一子映射关系，以及确定与窗宽和窗位对应的第二子映射关系，之后基于第一子映射关系确定各个灰度值对应的颜色分量，以及基于第二子映射关系确定各个灰度值对应的透明度分量，各个灰度值对应的彩色分量包括上述各个灰度值对应的颜色分量和透明度分量。

示例性的，上述颜色分量是指RGB分量，即上述颜色分量包括R分量、G分量和B分量，也即红色分量、绿色分量和蓝色分量；不同的颜色分量与窗宽和窗位之间的第一子对应关系不同。如图3所示，是灰阶等级为8bit(比特)时灰度值与彩色分量之间映射关系，包括了：灰度值与R分量之间的第一子映射关系；灰度值与G分量之间的第一子映射关系；灰度值与B分量之间的第一子映射关系；灰度值与透明度分量之间的第二子映射关系。以颜色分量的映射为例，一个灰度值为250对应RGB[0,50,80]。其中，图3的映射关系中采用竖线密度来表示颜色深浅、透明度大小、以及灰度大小。

示例性的，每一个上述子映射关系可以由映射函数表示，或者，由映射函数组表示。

步骤204，基于各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

示例性的，电子设备基于各个灰度值对应的彩色分量更新三维医疗影像的三维体纹理中的彩色分量，采用体渲染技术基于更新后的三维体纹理重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

示例性的，在基于更新后的三维体纹理重新构建三维医疗影像的过程中，电子设备还采用ray marching算法计算三维医疗影像的体积照明参数，通过上述体积照明参数调整彩色分量，生成三维医疗影像。示例性的，上述体积照明参数包括了射线照射至三维体纹理中时的散射值和反射值，通过上述散射值和反射值调整彩色分量，从而三维医疗影像中的阴影，使得三维医疗影像能够更真实的反映组织器官的情况。

综上所述，本实施例提供的医疗影像的重建方法，获取三维医疗影像的断面图像序列、以及窗位和窗宽之后，首先降低了断面图像对应的灰度图像的灰阶等级，在基于灰度值彩色分量的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，使得各个灰度值对应的彩色分量与降低灰阶等级之后各个灰度值的匹配度更好，渲染出的颜色和透明度的过渡效果更好，生成的三维医疗影像更具有真实性，能够为医疗人员的医疗诊断提供更好的参考数据。

另外，窗宽和窗位定义了灰阶衰减速度，不同的窗宽和窗宽对应了不同的映射关系，使得彩色分量之间的衰减速度与灰度值之间更匹配，生成的三维医疗影像中组织器官的颜色和透明度的呈现效果更好。

对于第一灰阶等级的灰度图像映射成第二灰阶等级的方式，如图4，可以实现为如下所示的步骤2021至步骤2023，如下所示：

步骤2021，基于第一灰阶等级的二维断面图像生成三维体纹理。

三维体纹理用于描述三维医疗影像的三维数据，也即三维体纹理用于渲染生成三维医疗影像。

电子设备获取得到断面图像序列之后，也即具备排列顺序的至少两张二维断面图像之后，按照排列顺序对至少两张二维断面图像进行处理，确定二维断面图像中各个像素点的三维数据，进而生成第一灰阶等级下的三维体纹理。示例性的，如图5，电子设备对局部排列顺序的dicom断面图像301进行处理后，得到三维体纹理302。

步骤2022，从三维体纹理中提取第一灰阶等级的灰度图像。

电子设备从三维体纹理中提取每个像素点的灰度值，生成第一灰阶等级的灰度图像。比如，断面图像上包括65536个灰阶，则生成具备65536个灰阶的灰度图像。

示例性的，电子设备计算每一个像素点的RGB的平均值作为该像素点的灰度值。或者，电子设备计算每一个像素点的RGB中最大值和最小值的平均值作为该像素点的灰度值。

步骤2023，基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的灰度图像映射成第二灰阶等级的灰度图像。

电子设备根据窗宽和窗位，计算第二灰阶等级下断面图像中灰度值的动态取值范围的最大值和最小值；也可以说是，根据窗宽和窗位，计算第二灰阶等级下三维医疗影像中灰度值的动态取值范围的最大值和最小值。之后电子设备将第一灰阶等级的灰度图像中每一个像素点的灰阶等级映射为第二灰阶等级的像素点，得到所有像素对应的第二灰阶等级的像素点，进而生成第二灰阶等级的灰度图像。

可选地，电子设备根据窗宽和窗位，计算灰度值的动态取值范围的最大值和最小值；计算第j个灰度值减去最小值的第一差值，以及计算最大值减去最小值的第二差值，第j个灰度值是第一灰阶等级的灰度图像中第j个像素点的灰度值，j为正整数；将第一差值乘以第一参数的第一乘积比上两倍的第二差值，得到第j个第二灰阶等级的灰度值，第一参数是根据第一灰阶等级确定的；基于第二灰阶等级的灰度值生成第二灰阶等级的灰度图像。

示例性的，对于最大值和最小值的计算，电子设备计算两倍的窗位减去窗宽，得到第三差值，将第三差值除以2之后，再加上0.5即可得到上述最小值；计算两倍的窗位加上窗宽，将得到的和除以2之后，再加上0.5即可得到上述最大值。

示例性的，如图6，是16bit的灰阶等级映射至8bit的灰阶等级的示意图，可以采用如下程序语言完成上述映射：

ComputeMinValMaxVal(pixel_val,min,max)；//首先计算上述最大值和最小值；

for(i＝0；i<nNumPixels；i++){//循环执行下述计算语句，以完成图像中每一个像素点的灰阶值的计算；

disp_pixel_val＝(pixel_val-min)*255.0/(double)(max-min)；//第二灰阶等级的灰度值的计算公式；

}

其中，上述nNumPixels是图像的像素点数量，pixel_val是第一灰阶等级的灰度值，disp_pixel_val是第二灰阶等级的灰度值，double表示乘2。

对于上述语句中动态取值范围的最大值(max)和最小值(min)的计算，调用以下函数：

min＝(2*window_center-window_width)/2.0+0.5；

max＝(2*window_center+window_width)/2.0+0.5；

其中，window_center是窗位，window_width是窗宽。需要说明的是，图6中的斜线密度是用来表示灰度大小，斜线密度越大表示灰度越靠近黑色，灰度值越小；反之，斜线密度越大表示灰度越靠近白色，灰度值越大。

完成上述16bit的灰阶等级至8bit的灰阶等级等映射之后，生成第二灰阶等级的灰度图像；在确定第二灰阶等级的图像中每一个像素点的灰阶值对应的彩色分量，进一步的生成第二灰阶等级的三维体纹理，电子设备采用体渲染技术基于第二灰阶等级的三维体纹理构建三维医疗影像，如图7所示，基于第二灰阶等级的三维体纹理401构建生成三维的体积云(也即三维医疗影像)402。

综上所述，本实施例提供的医疗影像的重建方法，可以将高灰阶等级的医疗影像映射成低灰阶等级的医疗影像，使得三维医疗影像以及二维断面图像能够在大多数显示屏上显示，因为现阶段大多数显示屏的灰阶等级是低于断层扫描设备扫描得到的医疗影像的灰阶等级的；另外，人眼所能分辨的灰阶等级即是256阶，因此没有降低人的观察需求。

还需要说明的是，电子设备在生成重建后的三维医疗影像之后，还对重建后的三维医疗影像进行裁切，生成重建后的断面图像序列，用以在展示组织器官的切面图。示例性的，重建后的三维医疗影像由许多体素组成，利用点与平面的位置关系计算方法，面法向量为{A,B,C}，平面与法向量的交点为P0:(x₀,y₀,z₀)，设点为(x,y,z),则A(x`-x<sub>0</sub>)+B(y`-y₀)+C(z`-z<sub>0</sub>)＝0，将(x,y,z)代入验证点的位置。若满足上述验证公式，则该点在平面上；若方程坐标多项式>0，也即A(x`-x₀)+B(y`-y<sub>0</sub>)+C(z`-z₀)>0，则该点在平面正面(法向量方向)，反之在平面背面，隐藏在裁切面背面的体素来达到体积裁切功能。上述切面图配合重建的三维医疗影像，能够为医疗人员提供更多的组织器官的相关信息，更有利的医疗诊断参考。

对于上述医疗影像的重建流程进行总体说明，如图8所示，过程如下：

从dicom文件(或者mhd文件和ram文件)501中获取至少两张断面图像；基于至少两张断面图像序列生成16bit矩阵(也即断面图像序列)502；基于16bit矩阵502生成三维体纹理503；基于窗位和窗宽对三维体纹理503执行可视范围控制504，也即将三维体纹理503对应的16bit灰阶的灰度图像，映射为8bit灰阶的灰阶图像；对8bit灰阶的灰阶图像进行颜色映射505，得到颜色映射后的三维体纹理；基于颜色映射后的三维体纹理进行体积渲染506，即得到重新构建的三维医疗影像；再对重建后的三维医疗影像进行体积裁切507，即得到重建后的断面图像序列。

上述方法在获取三维医疗影像的断面图像序列、以及窗位和窗宽之后，首先降低了断面图像对应的灰度图像的灰阶等级，在基于灰度值彩色分量的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，使得各个灰度值对应的彩色分量与降低灰阶等级之后各个灰度值的匹配度更好，渲染出的颜色和透明度的过渡效果更好，生成的三维医疗影像更具有真实性，能够为医疗人员的医疗诊断提供更好的参考数据。

以下为本申请的装置实施例，对于装置实施例中未详细阐述的技术细节，可以参考上述一一对应的方法实施例。

图9是本申请一个示例性实施例提供的医疗影像的重建装置的框图，该装置通过软件或者硬件或者两者的结合可以实现成为电子设备的全部或一部分，该装置包括：

获取模块601，用于获取三维医疗影像的断面图像序列，断面图像序列中的二维断面图像是垂直于同一轴体对三维医疗影像裁切得到的；以及获取窗宽和窗位，窗宽和窗位用于确定断面图像所要显示的组织器官的密度范围；

映射模块602，用于基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的二维断面图像映射成第二灰阶等级的灰度图像，第一灰阶等级高于第二灰阶等级，灰阶等级用于指示灰阶数量；

确定模块603，用于基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；

构建模块604，用于基于各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

在一些实施例中，确定模块603，用于：

确定窗宽和窗位对应的映射关系；

从映射关系中确定出各个灰度值对应的彩色分量。

在一些实施例中，映射关系包括灰度值与颜色分量之间的第一子映射关系、以及灰度值与透明度分量之间的第二子映射关系；各个灰度值对应的彩色分量包括各个灰度值对应的颜色分量和透明度分量；确定模块603，用于：

确定与窗宽和窗位对应的第一子映射关系，以及确定与窗宽和窗位对应的第二子映射关系；

基于第一子映射关系确定各个灰度值对应的颜色分量，以及基于第二子映射关系确定各个灰度值对应的透明度分量。

在一些实施例中，映射模块602，用于：

基于第一灰阶等级的二维断面图像生成三维体纹理，三维体纹理用于描述三维医疗影像的三维数据；

从三维体纹理中提取第一灰阶等级的灰度图像；

基于窗宽和窗位，将第一灰阶等级的灰度图像映射成第二灰阶等级的灰度图像。

在一些实施例中，映射模块602，用于：

根据窗宽和窗位，计算灰度值的动态取值范围的最大值和最小值；

计算第j个灰度值减去最小值的第一差值，以及计算最大值减去最小值的第二差值，第j个灰度值是第一灰阶等级的灰度图像中第j个像素点的灰度值，j为正整数；

将第一差值乘以第一参数的第一乘积比上两倍的第二差值，得到第j个第二灰阶等级的灰度值，第一参数是根据第一灰阶等级确定的；

基于第二灰阶等级的灰度值生成第二灰阶等级的灰度图像。

在一些实施例中，构建模块604，还用于：

对重建后的三维医疗影像进行裁切，生成重建后的断面图像序列，重建后的断面图像序列用于展示组织器官的切面图。

综上所述，本实施例提供的医疗影像的重建装置，获取三维医疗影像的断面图像序列、以及窗位和窗宽之后，首先降低了断面图像对应的灰度图像的灰阶等级，在基于灰度值彩色分量的映射关系，确定第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，相对于降低灰阶等级之前确定彩色分量，该装置中各个灰度值对应的彩色分量的确定，使得确定的各个灰度值对应的彩色分量与降低灰阶等级之后各个灰度值匹配度更好，彩色分量之间的过渡效果更好，生成的三维医疗影像更具有真实性，能够为医疗人员的医疗诊断提供更好的参考数据。

图10是本申请一个示例性实施例提供的电子设备700的结构框图。该电子设备700可以是：智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑。电子设备700还可能被称为用户设备、便携式终端、膝上型终端、台式终端等其他名称。

通常，电子设备700包括有：处理器701和存储器702。

处理器701可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器701可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器701也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器701可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器701还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器702可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器702还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器702中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器701所执行以实现本申请中方法实施例提供的医疗影像的重建方法中由电子设备所执行的步骤。

在一些实施例中，电子设备700还可选包括有：外围设备接口703和至少一个外围设备。处理器701、存储器702和外围设备接口703之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口703相连。具体地，外围设备包括：射频电路704、显示屏705和电源706中的至少一种。

外围设备接口703可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器701和存储器702。在一些实施例中，处理器701、存储器702和外围设备接口703被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器701、存储器702和外围设备接口703中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。

射频电路704用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路704通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路704将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路704包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路704可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：万维网、城域网、内联网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路704还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。

显示屏705用于显示UI(UserInterface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。当显示屏705是触摸显示屏时，显示屏705还具有采集在显示屏705的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器701进行处理。此时，显示屏705还可以用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，显示屏705可以为一个，设置电子设备700的前面板；在另一些实施例中，显示屏705可以为至少两个，分别设置在电子设备700的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，显示屏705可以是柔性显示屏，设置在电子设备700的弯曲表面上或折叠面上。甚至，显示屏705还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。显示屏705可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)、OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。

电源706用于为电子设备700中的各个组件进行供电。电源706可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源706包括可充电电池时，该可充电电池可以是有线充电电池或无线充电电池。有线充电电池是通过有线线路充电的电池，无线充电电池是通过无线线圈充电的电池。该可充电电池还可以用于支持快充技术。

在一些实施例中，电子设备700还包括有一个或多个传感器707。该一个或多个传感器707包括但不限于：压力传感器708、指纹传感器709、光学传感器710以及接近传感器711。

压力传感器708可以设置在电子设备700的侧边框和/或触摸显示屏705的下层。当压力传感器708设置在电子设备700的侧边框时，可以检测用户对电子设备700的握持信号，由处理器701根据压力传感器708采集的握持信号进行左右手识别或快捷操作。当压力传感器708设置在触摸显示屏705的下层时，由处理器701根据用户对触摸显示屏705的压力操作，实现对UI界面上的可操作性控件进行控制。可操作性控件包括按钮控件、滚动条控件、图标控件、菜单控件中的至少一种。

指纹传感器709用于采集用户的指纹，由处理器701根据指纹传感器709采集到的指纹识别用户的身份，或者，由指纹传感器709根据采集到的指纹识别用户的身份。在识别出用户的身份为可信身份时，由处理器701授权该用户执行相关的敏感操作，该敏感操作包括解锁屏幕、查看加密信息、下载软件、支付及更改设置等。指纹传感器709可以被设置电子设备700的正面、背面或侧面。当电子设备700上设置有物理按键或厂商Logo时，指纹传感器709可以与物理按键或厂商Logo集成在一起。

光学传感器710用于采集环境光强度。在一个实施例中，处理器701可以根据光学传感器710采集的环境光强度，控制触摸显示屏705的显示亮度。具体地，当环境光强度较高时，调高触摸显示屏705的显示亮度；当环境光强度较低时，调低触摸显示屏705的显示亮度。

接近传感器711，也称距离传感器，通常设置在电子设备700的前面板。接近传感器711用于采集用户与电子设备700的正面之间的距离。在一个实施例中，当接近传感器711检测到用户与电子设备700的正面之间的距离逐渐变小时，由处理器701控制触摸显示屏705从亮屏状态切换为息屏状态；当接近传感器711检测到用户与电子设备700的正面之间的距离逐渐变大时，由处理器701控制触摸显示屏705从息屏状态切换为亮屏状态。

本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构并不构成对电子设备700的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

本申请还提供了一种服务器，该服务器包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述各个方法实施例提供的医疗影像的重建方法中由服务器所执行的步骤。需要说明的是，该服务器可以是如下图11所提供的服务器。

请参考图11，其示出了本申请一个示例性实施例提供的服务器的结构示意图。具体来讲：所述服务器800包括中央处理单元801、包括随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)802和只读存储器(Read-Only Memory，ROM)803的系统存储器804，以及连接系统存储器804和中央处理单元801的系统总线805。所述服务器800还包括帮助计算机内的各个器件之间传输信息的基本输入/输出系统(I/O系统)806，和用于存储操作系统813、应用程序814和其他程序模块815的大容量存储设备807。

所述基本输入/输出系统806包括有用于显示信息的显示器808和用于用户输入信息的诸如鼠标、键盘之类的输入设备809。其中所述显示器808和输入设备809都通过连接到系统总线805的输入输出控制器810连接到中央处理单元801。所述基本输入/输出系统806还可以包括输入输出控制器810以用于接收和处理来自键盘、鼠标、或电子触控笔等多个其他设备的输入。类似地，输入输出控制器810还提供输出到显示屏、打印机或其他类型的输出设备。

所述大容量存储设备807通过连接到系统总线805的大容量存储控制器连接到中央处理单元801。所述大容量存储设备807及其相关联的计算机可读介质为服务器800提供非易失性存储。也就是说，所述大容量存储设备807可以包括诸如硬盘或者CD-ROM(CompactDisk-ROM)驱动器之类的计算机可读介质。

不失一般性，所述计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、带电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable read only memory，EEPROM)、闪存或其他固态存储其技术，CD-ROM、高密度数字视频光盘(Digital VideoDisc，DVD)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备。当然，本领域技术人员可知所述计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器804和大容量存储设备807可以统称为存储器。

存储器存储有一个或多个程序，一个或多个程序被配置成由一个或多个中央处理单元801执行，一个或多个程序包含用于实现医疗影像的构建的服务器端指令，中央处理单元801执行该一个或多个程序实现上述各个方法实施例提供的医疗影像的重建方法中由服务器所执行的步骤。

根据本发明的各种实施例，所述服务器800还可以通过诸如因特网等网络连接到网络上的远程计算机运行。也即服务器800可以通过连接在所述系统总线805上的网络接口单元811连接到网络812，或者说，也可以使用网络接口单元811来连接到其他类型的网络或远程计算机系统。

所述存储器还包括一个或者一个以上的程序，所述一个或者一个以上程序存储于存储器中，所述一个或者一个以上程序包含用于进行本发明实施例提供的医疗影像的重建方法中由服务器所执行的步骤。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的医疗影像的重建方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当其在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述各个方法实施例所述的医疗影像的重建方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种医疗影像的重建方法，其特征在于，所述方法包括：

获取三维医疗影像的断面图像序列，所述断面图像序列中的二维断面图像是垂直于同一轴体对所述三维医疗影像裁切得到的；以及获取窗宽和窗位，所述窗宽和所述窗位用于确定所述断面图像所要显示的组织器官的密度范围；

基于第一灰阶等级的所述二维断面图像生成三维体纹理，所述三维体纹理用于描述所述三维医疗影像的三维数据；

从所述三维体纹理中提取所述第一灰阶等级的灰度图像；

根据所述窗宽和所述窗位，计算灰度值的动态取值范围的最大值和最小值；

计算第j个灰度值减去所述最小值的第一差值，以及计算所述最大值减去所述最小值的第二差值，所述第j个灰度值是所述第一灰阶等级的灰度图像中第j个像素点的灰度值，j为正整数；

将所述第一差值乘以第一参数的第一乘积比上两倍的所述第二差值，得到第j个第二灰阶等级的灰度值，所述第一参数是根据所述第一灰阶等级确定的；

基于所述第二灰阶等级的灰度值生成所述第二灰阶等级的灰度图像，所述第一灰阶等级高于所述第二灰阶等级，所述灰阶等级用于指示灰阶数量；

基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定所述第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；

基于所述各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定所述第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量，包括：

确定所述窗宽和所述窗位对应的所述映射关系；

从所述映射关系中确定出所述各个灰度值对应的彩色分量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述映射关系包括所述灰度值与颜色分量之间的第一子映射关系、以及所述灰度值与透明度分量之间的第二子映射关系；所述各个灰度值对应的彩色分量包括所述各个灰度值对应的颜色分量和透明度分量；

所述确定所述窗宽和所述窗位对应的所述映射关系；从所述映射关系中确定出所述各个灰度值对应的彩色分量，包括：

确定与所述窗宽和所述窗位对应的所述第一子映射关系，以及确定与所述窗宽和所述窗位对应的所述第二子映射关系；

基于所述第一子映射关系确定所述各个灰度值对应的颜色分量，以及基于所述第二子映射关系确定所述各个灰度值对应的透明度分量。

4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述生成重建后的三维医疗影像之后，还包括：

对所述重建后的三维医疗影像进行裁切，生成重建后的断面图像序列，所述重建后的断面图像序列用于展示组织器官的切面图。

5.一种医疗影像的重建装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取三维医疗影像的断面图像序列，所述断面图像序列中的二维断面图像是垂直于同一轴体对所述三维医疗影像裁切得到的；以及获取窗宽和窗位，所述窗宽和所述窗位用于确定所述断面图像所要显示的组织器官的密度范围；

映射模块，用于基于第一灰阶等级的所述二维断面图像生成三维体纹理，所述三维体纹理用于描述所述三维医疗影像的三维数据；从所述三维体纹理中提取所述第一灰阶等级的灰度图像；根据所述窗宽和所述窗位，计算灰度值的动态取值范围的最大值和最小值；计算第j个灰度值减去所述最小值的第一差值，以及计算所述最大值减去所述最小值的第二差值，所述第j个灰度值是所述第一灰阶等级的灰度图像中第j个像素点的灰度值，j为正整数；将所述第一差值乘以第一参数的第一乘积比上两倍的所述第二差值，得到第j个第二灰阶等级的灰度值，所述第一参数是根据所述第一灰阶等级确定的；基于所述第二灰阶等级的灰度值生成所述第二灰阶等级的灰度图像，所述第一灰阶等级高于所述第二灰阶等级，所述灰阶等级用于指示灰阶数量；

确定模块，用于基于灰度值与彩色分量之间的映射关系，确定所述第二灰阶等级的灰度图像中各个灰度值对应的彩色分量；

构建模块，用于基于所述各个灰度值对应的彩色分量重新构建三维医疗影像，生成重建后的三维医疗影像。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块，用于：

确定所述窗宽和所述窗位对应的所述映射关系；

从所述映射关系中确定出所述各个灰度值对应的彩色分量。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至4任一所述的医疗影像的重建方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至4任一所述的医疗影像的重建方法。

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