专利名称：一种通用计算机断层成像算法平台系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机断层成像技术领域，具体来说，涉及一种通用计算机断层成像算法平台系统。
背景技术：
计算机断层成像技术，即CT(Computed Tomography)在临床医学上的应用是20世纪医疗技术进步的重要标志之一。CT的应用离不开计算机的支持，而相应地，CT算法的研究也离不开程序设计。
目前CT算法研究的程序设计语言可分为两类(1)通用数学工具软件(如Matlab等)的编程语言；(2)用于开发应用程序的高级语言。使用数学工具软件进行算法研究的优点是简单易用，数据格式的通用性较好，但其缺点也很明显运行效率低，速度慢，研究成熟的算法要进入实际应用仍需使用高级语言重新编写。而如果使用高级语言编程进行算法研究，由于没有通用的实验平台，每个研究人员的工作都需要从搭建实验平台开始，工作量比较大，不同作者的数据格式难以通用，而且有相当多的工作重复，致使算法本身的研究效率较低。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的是设计一种通用计算机断层成像算法平台系统，以解决使用高级语言编程进行算法研究工作时开发效率低的问题，从而将研究人员从繁重的编程工作中解脱出来，可以专注于算法本身的研究工作。
(二)技术方案为了达到上述目的，本发明采取以下方案一种通用计算机断层成像算法平台系统，包括模拟投影模块，用于生成模型的模拟投影数据；重建模块，用于对模拟投影数据依据重建算法进行重建，并得到重建数据；重建模块管理模块，用于管理、加载、调用重建模块；扩展向导模块，该模块用于自动生成重建模块与模拟投影模块的接口，并完成投影数据读取、投影参数读取、重建参数设置和重建数据保存的功能；数据可视化及分析处理模块，用于对真实投影数据、重建数据及中间数据进行可视化处理；其中，所述模拟投影模块包括模型编辑模块，用于组合多个基本几何体以对待扫描的模型进行定义，并对各个基本几何体的尺寸、位置和衰减系数进行设置，生成模型定义文件；模型投影模块，用于对扫描参数和物理影响因素进行设置，然后选取上述模型定义文件，生成模拟投影数据。
其中所述重建模块包括投影数据读取模块，用于读取投影数据；投影参数读取模块，用于读取投影参数；重建算法实现模块，用于对投影数据进行重建；重建数据保存模块，用于保存重建数据。
(三)有益效果能提供方便快捷的重建算法程序开发手段，实现在研究算法时无需编写模拟投影程序、界面程序、图像显示及处理程序等，而仅仅需要编写算法本身的程序，从而大大减少了使用高级语言编程进行算法研究工作时的开发时间。
能提供快速使用已完成的算法程序的机制，实现对已有算法程序的快捷的修改和扩充，从而方便了多人研究成果的重复使用。重建模块中引入了“重建类”的概念，使重建算法的程序设计工作有了面向对象程序开发的各种优越性。
能提供统一的算法程序管理界面，增加了算法研究工作的条理性和方便性。
图1是本发明的实验平台总体结构示意图；图2是本发明模拟投影功能模块示意图；图3是本发明重建模块和实验平台的调用关系示意图；图4是本发明重建模块的运行流程示意图；图5是本发明重建模块的设计流程示意图；图6是本发明算法平台的重建模块管理界面示意图；图7是本发明算法平台的重建模块扩展向导界面示意图；图8是图像处理程序界面示意图；具体实施方式
如图1所示，投影数据的产生和数据的可视化及分析处理等通用的功能都已包含在平台中，重建模块扩展向导产生的框架代码中完成了重建模块和平台的接口功能，算法研究人员仅需完成描述重建算法的编程工作，编程工作量大大减少了。
平台软件由两个可执行程序算法平台程序和图像处理程序，及重建模块DLL文件构成。两个程序之间以磁盘文件的形式实现数据共享。算法平台程序实现模拟投影模型编辑、投影数据产生、重建模块管理、图像重建及重建模块扩展向导功能，其目的在于处理各种数据、文件而不关心对数据的解释(即可视化等)。图像处理程序则实现对算法平台程序产生的各种数据文件的可视化、分析处理等功能，其目的在于帮助研究人员理解数据。
重建模块为显式链接的DLL文件。重建模块提供两个约定名称的函数供算法平台程序调用，分别完成参数设置和重建功能，还包含约定ID号的字符串资源提供对模块的描述信息等。
实验平台的模拟投影模块结构如图2所示，此模块包括两个子功能模块模型编辑模块和模拟投影模块。
模型编辑功能允许研究人员通过组合多个基本几何体(长方体、圆柱体、椭球体等)定义待扫描的模型，按需求设置各个基本几何体的尺寸、位置和衰减系数后即可得到一个复杂的模型。为了使用方便起见，此子功能模块还包括模型定义文件的保存和读取功能。
模拟投影子功能模块提供了扫描参数(射线源参数、探测器参数、扫描轨迹的几何参数等)设置和物理影响因素(能谱硬化效应、噪声、探测器串扰等)设置，选取待扫描的模型定义文件后根据这些设置生成投影数据。
重建模块和实验平台的调用关系如图3所示，实验平台列出可用的重建模块，当用户选择需要的重建模块后，平台从所选重建模块中读出需要输入的重建参数，然后要求用户输入这些参数，再将输入的参数返回重建模块，当用户启动重建功能时，平台软件调用重建模块中的重建程序完成重建工作。
重建模块的运行流程如图4所示，由于重建模块使用C++语言开发，应充分利用C++语言面向对象的特性使得开发工作简单化。重建模块包括两部分平台接口和重建类。重建类封装了重建过程中需要的所有数据和输入输出功能，也封装了重建算法。
重建模块的设计流程如图5所示，实验平台提供一个重建基础类，封装了重建过程的公用数据成员和投影数据读取、输入输出功能。所有的重建类都必须以重建基础类或其派生类为基类。
当一个重建模块完成以后，其中的重建类也可加入实验平台的重建模块扩展向导，作为另一个新重建模块的基类。由于“重建类”的引入，通过C++语言的继承和重载，编写新的重建模块所需的工作量将大为减少。
实验平台应能够读取平台产生的投影数据和重建数据，并对这些数据进行可视化及分析处理，此功能模块应针对特定算法研究工作的需要灵活设计。
如图6所示，算法平台程序通过查找约定的重建模块文件夹中的文件以确定可用的重建模块，并在重建模块管理界面列出可用的重建模块及其包含的描述信息。研究人员选择需要的重建模块并加载，此时算法平台程序调用重建模块中的参数设置函数，获得重建模块要求的输入参数，并在界面上要求用户输入这些参数；所有参数输入后进行重建，此时算法平台程序将所有参数传递给重建模块并调用重建模块中的重建函数。
算法平台程序的重建模块扩展功能界面如图7所示，算法平台的数据文件中包含一个完整的重建模块程序工程源文件，也包含可用的重建类基类源文件；算法平台程序列出可用的重建类基类供选择，并根据研究人员设置的新模块名称等信息将已有的源文件复制到指定位置，然后将其中的名称改为设置的名称，从而生成一个新模块工程。直接编译此工程即可产生一个新的重建模块DLL文件，包含默认的参数和仅显示提示信息的重建函数。研究人员在此工程基础上进行修改，只需加入所需参数并在重建函数中加入重建算法代码即可获得所需的重建模块。也可将新的重建类文件复制到算法平台的数据文件夹中从而作为以后的重建类基类使用。
如图8所示，图像处理程序可以处理各种数据文件，并且包含各种处理功能。
权利要求
1.一种通用计算机断层成像算法平台系统，其特征在于，包括模拟投影模块，用于生成模型的模拟投影数据；重建模块，用于对模拟投影数据依据重建算法进行重建，并得到重建数据；重建模块管理模块，用于管理、加载、调用重建模块；扩展向导模块，该模块用于自动生成重建模块与模拟投影模块的接口，并完成投影数据读取、投影参数读取、重建参数设置和重建数据保存的功能；数据可视化及分析处理模块，用于对真实投影数据、重建数据及中间数据进行可视化处理。
2.如果权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模拟投影模块包括模型编辑模块，用于组合多个基本几何体以对待扫描的模型进行定义，并对各个基本几何体的尺寸、位置和衰减系数进行设置，生成模型定义文件；模型投影模块，用于对扫描参数和物理影响因素进行设置，然后选取上述模型定义文件，生成模拟投影数据。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的重建模块包括投影数据读取模块，用于读取投影数据；投影参数读取模块，用于读取投影参数；重建数据模块，用于对模拟数据进行重建；重建数据保存模块，用于保存重建数据。
全文摘要
一种通用计算机断层成像算法平台系统，包括模拟投影模块、重建模块管理模块、扩展向导模块、重建模块、数据可视化及分析处理模块，投影数据产生和数据的可视化及分析处理等通用的功能都已包含在平台中，重建模块扩展向导产生的框架代码中完成了重建模块和平台的接口功能，算法研究人员仅需完成描述重建算法的编程工作，编程工作量大大减少了。
文档编号G06T11/00GK1996390SQ20051013592
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者程建平, 胡海峰, 张丽, 陈志强, 唐杰, 邢宇翔, 赵自然, 肖永顺, 李元景 申请人:清华大学, 清华同方威视技术股份有限公司