本发明专利技术公开了一种融合解剖与功能成像信息数据场的半透明体绘制方法，该方法包括用于半透明体绘制的光学模型ＴＶＲＯＭ及其实现方法，以及基于小波变换，以区域标准差与区域能量相结合的融合规则进行解剖与功能成像信息融合的方法。用于半透明体绘制的光学模型ＴＶＲＯＭ在光线吸收与发射模型的基础上，考虑了阴影、直接散射与间接散射等因素。在医学三维可视化中，用本发明专利技术能方便、经济、高效率地实现融合解剖与功能成像信息的三维数据场的半透明体绘制，并能充分显示重建对象的内部隐含分界面及内部细节的详细信息，从而满足医学运用的精确性要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于医学图像处理及应用
技术介绍
在医学图像可视化的运用中，医生常常需要透过组织表面看清内部的病变结构和细节信息，确定肿瘤的相对位置。因此，能透过对象表面，显示内部的隐含分界面(内部不同介质之间的界面)及其内部细节的半透明体绘制技术被广泛应用于医学可视化中。 直接体绘制技术直接应用体绘制方程将体数据映射为二维图像，其实质是一个三维离散数据场的重采样和图像合成的过程。光学模型描述三维数据是如何产生、反射、阻挡以及散射光线的。基于各类光学模型，可以得到相应的体绘制方程。体绘制方程在重采样的基础上，依据光学模型计算出全部采样点对屏幕像素的贡献，亦即通过采用不同的方法累积数据属性来获得不同的绘制效果。 结合Blinn-Phong面明暗化模型的光线吸收与发射模型是应用最广泛的一种体绘制光学模型。尽管该模型能基本描述许多明显的半透明组织表面，然而，其难以表述半透明组织或者散射占优的组织的详细信息。Nelson Max在论文《Optical models for direct volumerendering》(IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，1995，1(2)99-108)证明了多重散射对于体绘制的效果显著，并且给出了计算多散射的方法。然而，庞大的计算量与苛刻的内存要求使得精确的光学模型难以在实时的医学工程中得到应用。因此，在实际的体绘制应用中，一些相对容易实现的光学经验模型被普遍采用。如，蔡文立和彭延军分别在论文《基于输运方程的混合式体绘制模型》(计算机学报，1995，18(5)330-338)与论文《体绘制中显示隐含分界面的一种方法及其实现》(软件学报，2002，13(9)1887-1892)中提出了在基本的光线吸收与发射模型中加入直接散射部分，并用非真实感绘制技术加大隐含分界面的显示效果。此外，Kniss Joe在论文《A model for volumelighting and modeling》(IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，2003，9(2)150-162)提出了一个适用于高档硬件实现的体绘制的光学经验模型。LacrouteP.在论文《Fast Volume Rendering Using a Shear-Warp Factorization of the ViewingTransformation》(Ph.D.dissertation，USA.Stanford University，199529-43)提出的Shear-Warp算法是目前最快的基于CPU的体绘制方法。 目前已申请的有关体绘制方法的专利技术中，体绘制的方法(02800260.1)、一种用于虚拟手术的体绘制成像方法(200410018565.9)、具有封闭轮廓多平面重定格式的体绘制数据的可视化(200510065505.7)、采用多图形处理器加速方格片元过滤的实时体绘制方法(200410086020.1)、CT图像的快速渐进式直接体绘制三维重建方法(200510042734.7)、滑动纹理的体绘制(200510087829.0)、医学图像中基于GPU硬件加速的体绘制方法(200510110665.9)、基于分形的体绘制可视化方法(200610117049.0)、空腔性脏器内壁快速体绘制方法(200610118894.X)、基于分块的蒙特卡洛体绘制方法(200610117570.4)，这些专利技术都没有涉及体绘制的本质——光学模型的内容。然而，直接体绘制技术直接应用体绘制方程将体数据映射为二维图像，其实质是一个三维离散数据场的重采样和图像合成的过程。光学模型描述三维数据是如何产生、反射、阻挡以及散射光线的。基于各类光学模型，可以得到相应的体绘制方程。因此，光学模型决定着最终的三维重建结果的效果。而使用明暗处理的直接体绘制(200580029305.4)则是用梯度参数对常用的Phong光照模型作了简单的补充。在三维数据场的半透明体绘制中，为了充分显示重建对象的内部隐含分界面及内部细节的详细信息，除了需要考虑光线的吸收、发射，还要考虑阴影、直接散射与间接散射等因素。 此外，在医学图像三维可视化中，体绘制所绘制的体数据来自于各类医学影像设备采集的多模态医学图像。电子计算机断层扫描(Computerized Tomography CT)、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging MRI)等解剖图像以较高的分辩率提供了人体的解剖形态信息，但无法反映脏器的功能代谢信息；正电子发射断层成像(Positron EmissionTomography PET)、单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission ComputerizedTomography SPECT)等功能图像反映了脏器的代谢水平和血流状况，对肿瘤病变呈现“热点”，但无法提供脏器的解剖细节。因此，为了满足医学运用的精确性要求，要求三维数据场融合有解剖与功能成像的信息。 目前已申请的涉及到解剖与功能成像信息融合相关内容的专利技术中，容积—容积融合的可视化(03805385.3)提出利用多个容积的方法来融合解剖与功能成像信息的方法；一种多模态医学体数据三维可视化方法则侧重于研究配准的方法。上述两个专利技术都没涉及解剖与功能成像信息融合的融合规则问题。然而，为了满足医学运用的精确性要求，要求三维数据场融合有解剖与功能成像的信息。而在小波域里，融合解剖与功能成像的信息，需要考虑融合规则问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能在普通硬件条件下实现的融合解剖与功能成像信息数据场的半透明体绘制方法。 本专利技术的目的通过如下技术方案实现 ，包括如下步骤 (1)形成融合了解剖与功能成像信息的三维数据场基于小波变换，以区域标准差与区域能量相结合的融合方法进行解剖与功能成像的信息融合；在小波域里，采用区域标准差和能量作为小波系数的活动性水平测度； (2)应用半透明体绘制的光学模型TVROM对融合解剖与功能成像信息数据场进行半透明体绘制 a、快速再建游程编码数据结构； b、在错切空间里，利用光学模型TVROM，合并中间图像； c、在变形空间里，用纹理映射绘制最终图像。 所述步骤(1)基于小波变换，以区域标准差与区域能量相结合的融合方法进行解剖与功能成像的信息融合包括如下步骤 ①对CT、PET图像进行配准； ②选取双正交滤波器组的Daubechies 9/7双正交小波分别对配准后的CT和PET进行三层双正交小波分解； ③分别计算CT和PET图像中窗口的小波系数平均值； ④在图像的小波变换域内，对图像进行融合； ⑤对CT图像和PET图像经小波变换之后的逼近系数进行处理； ⑥利用小波系数中的逼近系数进行小波反变换可得融合图像。 所述快速再建游程编码数据结构是指，在交互式操作中，当不透明度传递函数改变时，在对图像进行重采样前，利用不透明度传递函数的相关性，和已存在的min-max Octree分类数据结构，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种融合解剖与功能成像信息数据场的半透明体绘制方法，其特征在于包括如下步骤：（１）形成融合了解剖与功能成像信息的三维数据场：基于小波变换，以区域标准差与区域能量相结合的融合方法进行解剖与功能成像的信息融合；在小波域里，采用区域标准差和能量作为小波系数的活动性水平测度；（２）应用半透明体绘制的光学模型ＴＶＲＯＭ对融合解剖与功能成像信息数据场进行半透明体绘制：ａ、快速再建游程编码数据结构；ｂ、在错切空间里，利用光学模型ＴＶＲＯＭ，合并中间图像；ｃ、在变形空间里，用纹理映射绘制最终图像。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，田联房，毛宗源，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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