超声图像三维重建方法与系统的制作方法

文档序号:6519352阅读:1008来源:国知局
专利名称:超声图像三维重建方法与系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种成像方法与系统,尤其是涉及一种超声图像三维重建方法与系 统。
背景技术
随着医学影像技术的飞速发展,超声成像(Ultrasound Imaging)、计算机断层造 影术(CT,Computerized Tomography)、核医学成像(PET, SPET 等)、核磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)逐渐成为当今社会的四大医学影像技术。相比于计算机断 层扫描和核磁共振成像,超声成像具有无辐射,成像快等特点,在临床诊断和治疗中极具潜 力,但超声成像有其固有缺点;>图像包含大量噪声。>相比于CT和MRI,图像具有较低的动态范围。>图像相邻像素的灰度值差别较大。>图像边界区域不明显。三维超声重建技术是在二维超声的基础上发展起来的,相比于二维超声它具有如 下优点>帮助医生从不同视角观察脏器的切面和整体信息,图像显示直观。>帮助医生从不同的角度观察脏器的解剖结构与疾病状况。>可以提供脏器的三维测量信息。>可以提供器官准确的空间位置及形态,准确定位病变组织。现有的三维超声重建技术主要分两类;>表面绘制方法通过几何单元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构,它不 能提供物体的内部信息。>直接体绘制方法,它直接应用视觉原理,经过体数据重新采样,通过对体素灰度 值的处理,最终得到三维物体。一般所指光线投射算法就是直接体绘制算法中的光线合成算法,其基本原理为 从图像平面上每一像素点发射一条光线,光线穿过三维体数据场,在光线上按一定步长采 样,得到一系列采样点,对于每一个采样点,根据其相邻8个点的灰度值、梯度值插值得到 采样点的灰度值及梯度值,根据灰度-阻光度传递函数及梯度阻-光度传递函数计算得到 采样点的阻光度大小,所得到的一系列采样点,按照一定的合成顺序及合成规则,计算得到 当前光线的颜色及阻光度大小,进而得到图像平面像素点P(i,j)的颜色。相比于面绘制算法,体绘制方法能够得到大量信息。但是,因为图像平面上每个点 都要投射光线,每条光线上都要逐点采样,三线性插值等一系列计算,绘制速度不能达到实 时绘制的目的。专利文献公开号为US5911691的美国专利,名称为“Ultrasound image processing apparatus and method of forming and displaying ultrasound images bythe apparatus”详细介绍了一种三维超声图像快速重建算法,该算法通过在某个角度重 建得到一个三维图像;变换视角后,通过斜切变换得到新的三维图像,不用重新进行光线投 射,大大降低了三维重建的计算量,提高了速度。但该专利技术方案在降低计算量的同时并 没有达到提高三维图像质量的目的。专利文献公开号为CN101292883A,名称为“超声三维快速成像方法及其装置”详细 介绍了基于直接体绘制算法的一种快速重建算法,其方法为在常规的光线投射算法基础上 添加了边界处理,提高了图像质量。该技术方案的不足之处为1)速度的提高不够理想;2) 三维重建的效果不理想,图像的边界不清晰,损失了一部分图像细节信息。

发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种可以实现超声图像快速完成、而 且成像质量高的超声图像三维重建方法。为了克服上述现有技术的不足,本发明提供一种可以实现超声图像快速完成、而 且成像质量高的超声图像三维重建系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种超声图像三维重建方法, 其包括以下步骤投射步骤,用于确定光线的起始位置及采样的起始点及采样点的坐标并给灰度 值、阻光度值赋初值;查表步骤,用于根据当前采样点的灰度值,判断当前采样点是否满足合成条件,对 于满足合成条件的采样点,查灰度_阻光度值表以及灰度_颜色值表得到当前采样点的阻 光度以及颜色值;合成步骤,对满足合成条件的采样点,计算当前采样点到所投射光线起始点以及 投射光线结束到开始的距离,以及基于该距离计算累积的灰度和累积的阻光度,并根据所 述的查表步骤中得到的当前采样点的阻光度以及颜色值,进行组合计算得到合成光线颜色值。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的查表步骤中涉及灰度_阻光度值表 以及灰度_颜色值表,所述的灰度_阻光度值表以及灰度_颜色值表构建要通过灰度_阻 光度传递函数及灰度-颜色值传递函数来构建的,传递函数相当于一个映射表,假设采样 点的灰度值为s,则对应的阻光度为3 ,d = T(S),T为灰度-阻光度传递函数,查找灰度值对 应的颜色值。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的投射步骤前进一步包括以下步骤 截取步骤,用于从体数据中截取感兴趣区域部分的数据;平滑步骤,用于对截取后的体数据 进行平滑去噪处理。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的平滑步骤中包括采用三维中值滤 波和三维高斯平滑滤波相结合的方式。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的合成步骤后进一步输出步骤,用于 满足结束条件时,输出当前累积的灰度值和累积的阻光度值作为图像平面对应像素的颜色值。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的投射步骤中包括根据图像平面像素坐标,确定投射光线的起始坐标及采样间隔,并给灰度值、阻光度值赋初值,即Ii = 0, /; = 0,δ,=0, = 1,计算当前采样点的坐标值,根据相邻8个点的灰度值,插值计算当前采 样点的灰度值fPi。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的查表步骤中包括根据第i个采样 点的灰度值,判断该采样点是否满足合成条件,如果满足合成条件,计算得到当前采样点的 阻光度及颜色值Cpi大小,公式为dpi=dtf (Zpi)Cpi = Ctf (fPi) 与Ctf分别为灰度_阻光度值表、灰度_颜色值表,~,为第i个采样点根据其符 合合成条件的灰度值fPi查找灰度-阻光度值表所得到的阻光度大小,Cpi为第i个采样点 根据其符合合成条件的灰度值fPi查找灰度-颜色值表所得到的颜色值大小;否则计算第i+Ι采样点的灰度值;得到满足合成条件的采样点的计算方法为针 对当前采样点的灰度而设置一个阈值,该阈值为动态可调的,如果灰度大于该阈值,则对该 点合成,否则不对该点合成。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的合成步骤中包括对于满足合成条 件的第i采样点,计算采样点到所投射光线起始处的距离Dpi,计算投射光线结束到开始的 长度D,并计算两者的比值(D/Dpi);根据第i个采样点的颜色值Cpi、阻光度值以及根据 距离因素,得到的颜色值C〗,·、阻光度值力计算合成的Ii,/,', Qi-
权利要求
1.一种超声图像三维重建方法,其包括以下步骤投射步骤,用于确定光线的起始位置及采样的起始点及采样点的坐标并给灰度值、阻 光度值赋初值;查表步骤,用于根据当前采样点的灰度值,判断当前采样点是否满足合成条件,对于满 足合成条件的采样点,查表得到当前采样点的阻光度以及颜色值;合成步骤,对满足合成条件的采样点,计算当前采样点到所投射光线起始点以及投射 光线结束到开始的距离,以及基于该距离计算累积的灰度和累积的阻光度,并根据所述的 查表步骤中得到的当前采样点的阻光度以及颜色值,进行组合计算得到合成光线颜色值。
2.根据权利要求1所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的查表步骤中涉 及灰度_阻光度值表以及灰度_颜色值表,所述的灰度_阻光度值表以及灰度_颜色值表 构建要通过灰度-阻光度传递函数及灰度-颜色值传递函数来构建的,传递函数相当于一 个映射表,假设采样点的灰度值为s,则对应的阻光度为3 ,5 = T(S),T为灰度-阻光度传递 函数,查找灰度值对应的颜色值。
3.根据权利要求1所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的投射步骤前进 一步包括以下步骤截取步骤,用于从体数据中截取感兴趣区域部分的数据;平滑步骤,用 于对截取后的体数据进行平滑去噪处理。
4.根据权利要求3所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的平滑步骤中包 括采用三维中值滤波和三维高斯平滑滤波相结合的方式。
5.根据权利要求4所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的合成步骤后进 一步输出步骤,用于满足结束条件时,输出当前累积的灰度值和累积的阻光度值作为图像 平面对应像素的颜色值。
6.根据权利要求5所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的投射步骤中包 括根据图像平面像素坐标,确定投射光线的起始坐标及采样间隔,并给灰度值、阻光度值 赋初值,即Ii = 0,/,'=0, Bi=O,! = 1,计算当前采样点的坐标值,根据相邻8个点的灰 度值,插值计算当前采样点的灰度值fPi。
7.根据权利要求6所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的查表步骤中包 括根据第i个采样点的灰度值,判断该采样点是否满足合成条件,如果满足合成条件,计 算得到当前采样点的阻光度及颜色值Cpi大小,公式为dPi=dAfp^Cpi = Ctf (fPi) 与Ctf分别为灰度-阻光度值表、灰度-颜色值表,为第i个采样点根据其符合合 成条件的灰度值fPi查找灰度-阻光度值表所得到的阻光度大小,Cpi为第i个采样点根据 其符合合成条件的灰度值fpi查找灰度-颜色值表所得到的颜色值大小;否则计算第i+ι采样点的灰度值;得到满足合成条件的采样点的计算方法为针对当 前采样点的灰度而设置一个阈值,该阈值为动态可调的,如果灰度大于该阈值,则对该点合 成,否则不对该点合成。
8.根据权利要求7所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的合成步骤中包 括对于满足合成条件的第i采样点,计算采样点到所投射光线起始处的距离Dpi,计算投射光线结束到开始的长度D,并计算两者的比值(D/Dpi);根据第i个采样点的颜色值Cpi、阻光 度值以及根据距离因素,得到的颜色值C〗,、阻光度值计算合成的I1,/;, dt;
9.根据权利要求8所述的超声图像三维重建方法,其特征在于,所述的合成步骤中包 括光线停止投射的条件为满足以下之一即可Si =DrQ2--Q^, SiSK,其中K<<1,Si为前i个点阻光度的乘积,当δ^」、 于一个设定的阈值K时,则说明i以后的采样点不可见了,不用计算i以后的采样点了,停 止光线投射缩短绘制时间;(2)当前采样点为光线的最后一个点,当前一个条件没有满足时,采样点为当前光线的 最后一个点了,则停止光线投射。
10.根据权利要求9所述的超声图像三维重建方法,其特征在于所述的输出步骤中包 括如果光线投射停止了,则Imd为图像平面当前像素的颜色值,输出此像素的颜色值,否 则,跳到投射步骤,且i = i+1。
11.一种超声图像三维重建系统,其特征在于,其包括投射模块,用于确定光线的起始位置及采样的起始点及采样点的坐标并给灰度值、阻 光度值赋初值;查表模块,用于根据当前采样点的灰度值,判断当前采样点是否满足合成条件,对于满 足合成条件的采样点,查表得到当前采样点的阻光度以及颜色值;合成模块,对满足合成条件的采样点,计算当前采样点到所投射光线起始点以及投射 光线结束到开始的距离,以及基于该距离计算累积的灰度和累积的阻光度,并根据所述的 查表步骤中得到的当前采样点的阻光度以及颜色值,进行组合计算得到合成光线颜色值。
12.根据权利要求11所述的超声图像三维重建系统,其特征在于,其进一步包括截取 模块,用于通过界面设置获取感兴趣区域,并从体数据缓存中截取感兴趣区域部分的数据; 平滑模块,用于对截取后的体数据进行平滑去噪处理;输出模块,用于满足结束条件时,则 输出当前累积的灰度值和累积的阻光度值作为图像平面对应像素的颜色值。
全文摘要
本发明提供一种超声图像三维重建方法,其包括以下步骤投射步骤,用于确定光线的起始位置及采样的起始点及采样点的坐标并给灰度值、阻光度值赋初值;查表步骤,用于根据当前采样点的灰度值,判断当前采样点是否满足合成条件,对于满足合成条件的采样点,查表得到当前采样点的阻光度以及颜色值;合成步骤,对满足合成条件的采样点,计算当前采样点到所投射光线起始点以及投射光线结束到开始的距离,以及基于该距离计算累积的灰度和累积的阻光度,并根据所述的查表步骤中得到的当前采样点的阻光度以及颜色值,进行组合计算得到合成光线颜色值。
文档编号G06T17/00GK101996419SQ20101054644
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者凌锋, 齐保春 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司
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