一种脑神经纤维的空间绘制方法及其系统的制作方法
【专利摘要】一种脑神经纤维的空间绘制方法及其系统，包括以下步骤：1)数据管理及预处理模块：其中包括导入数据，建模并跟踪脑神经纤维的路径功能；2)脑神经纤维颜色映射模块：其基本步骤为用脑神经纤维的颜色来表示其空间方向场信息，也就是计算脑神经纤维上两个相邻节点间的方向向量并映射至颜色空间；3)脑神经纤维空间绘制模块：对于脑神经纤维路径跟踪的结果，用一组节点序列来表示一根脑神经纤维，本模块把一组微小直线段依序连接来拟合一整根脑神经纤维曲线；4)脑神经纤维空间探索与交互模块：计算脑神经纤维数据的空间极值以确定绘制场景的坐标系中心原点，并建立基于场景坐标系的空间交互方式。
【专利说明】一种脑神经纤维的空间绘制方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及脑神经纤维的研究，是脑神经纤维的空间绘制方法与系统。
【背景技术】
[0002]弥散加权磁共振成像(DW-MRI)技术能够无创的追踪脑白质神经纤维结构，为脑白质研究和脑区连通性的探索提供重要信息。其纤维追踪成像是利用脑白质水分子的弥散效应对脑白质纤维束进行追踪重建纤维的三维结构，并且可以直观地显示脑白质神经纤维的走向，受:到相关研究者的重点关注。
[0003]扩散张量成像(DTI)方法估计水分子扩散方向的概率分布，来跟踪踪纤维方向。但是，当遇到多条纤维交叉经过一个体素的情况时，DTI方法不能完整表达出纤维的交叉或合并的细节信息。鉴于DTI方法本身的缺陷，高角度分辨率扩散成像(HARDI)技术被提出并解决了体素内存在多根纤维交叉或合并而不能表示的问题。另一方面，不能简单直接地将脑神经纤维的空间向量场信息直接转换为颜色信息，这样会产生理解误区，不利于脑神经纤维的空间探索。
[0004]综上所述，为了更好地展示脑神经纤维，需要在空间内绘制脑神经纤维。合理的颜色映射可以展示更多脑神经纤维的属性信息；自然的交互手段能够提升用户对脑神经纤维的空间探索时的感知。如何对脑神经纤维进行颜色映射，优化用户交互效果，提升脑神经纤维绘制展示实时性是需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种实时性高，交互效果强的脑神经纤维空间绘制方法与系统。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
[0007]一种脑神经纤维的空间绘制方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，导入数据，建模并跟踪脑神经纤维的路径；
[0009]步骤2，用脑神经纤维的颜色来表示其空间方向场信息，计算脑神经纤维上每两个相邻节点间的方向向量并映射至颜色空间；使得脑神经纤维因走向的变化呈现颜色不同，从而加强脑神经纤维的空间感知效果；
[0010]步骤3，脑神经纤维路径跟踪结果利用一组节点序列来表示一根脑神经纤维，本方法把一组微小直线段依序连接来拟合一整根脑神经纤维曲线；
[0011]步骤4，计算脑神经纤维数据的空间极值并确定场景坐标系的中心原点，并建立基于场景坐标系原点的空间交互方式。
[0012]作为优选的一种方案:所述的步骤2)包括以下步骤:
[0013]Step2.1计算脑神经纤维上两个相邻节点(第i个与第i+Ι个)间的方向向量η?，其公式为:
【权利要求】
1.一种脑神经纤维的空间绘制方法，包括以下步骤: 步骤1，导入数据，建模并跟踪脑神经纤维的路径； 步骤2，用脑神经纤维的颜色来表示其空间方向场信息，计算脑神经纤维上每两个相邻节点间的方向向量并映射至颜色空间；使得脑神经纤维因走向的变化呈现颜色不同，从而加强脑神经纤维的空间感知效果； 步骤3，脑神经纤维路径跟踪结果利用一组节点序列来表示一根脑神经纤维，本方法把一组微小直线段依序连接来拟合一整根脑神经纤维曲线； 步骤4，计算脑神经纤维数据的空间极值并确定场景坐标系的中心原点，并建立基于场景坐标系原点的空间交互方式。
2.如权利要求1所述的绘制方法，其特征在于:所述的步骤2)包括以下步骤: Step2.1计算脑神经纤维上两个相邻节点(第i个与第i+Ι个)间的方向向量，其公式为:
(I)其中 OSiSL-1且Xi, li, Zi为脑神经纤维上第i个节点对应的xyz空间坐标值,L为该脑神经纤维的节点个数，并规定? = ηΖ ; Step2.2将公式(I)得到的方向向量/?标准化，其公式为:
Step2.3对于局部脑区的神经纤维进行颜色映射时，使用公式:
Step2.4 对于全脑神经纤维进行颜色映射时，将公式(2)得到的标准方向向量映射为该脑神经纤维段的颜色值，其公式为:
Step2.5 将上述步骤中计算得到的RGB颜色信息存入颜色映射表中，以供绘制时查询使用。
3.如权利要求1所述的绘制方法，其特征在于:所述的步骤3)包括以下步骤: Step3.1根据脑神经纤维的跟踪结果，生成纤维列表和节点列表；其中一维数组纤维列表保存场景中各条脑神经纤维的节点个数，节点列表依序保存所有脑神经纤维各个节点的空间坐标； Step3.2 依序连接相邻节点组成的微小直线段，来拟合整根脑神经纤维曲线；这里直线段的两个端点坐标，存于节点列表；直线段的RGB颜色信息存于步骤2)中的颜色映射表; Step3.3使用着色语言的着色器程序，并行加速绘制。
4.如权利要求1所述的绘制方法，其特征在于:所述的步骤4)包括以下步骤:
St印4.1初始化脑神经纤维节点的空间极值:χ_，ymax, zmax = -Dmax ；xmin, ymin, Zniin =Dmax,其中Dniax为场景空间的最大深度值； Step4.2 对于读取到的每一根脑神经纤维上每一个空间节点，判断其是否为空间极值，方法如下:
(5)其中 ω e {χ,Y,ζ}，！表不某 根脑神经纤维上的第i个节点； Step4.3重复Step4.2，直到所有数据都被检查过，即每一根脑神经纤维上的每一个节点都被检查过； Step4.4构建场景坐标系的中心原点(Xtl, Y0, Z0,)，公式如下:
Step4.5 建立基于场景坐标系远点的空间交互；将场景中心设置为(Xtl, Y0, Z0,);当鼠标在屏幕空间内上下拖动时，进行y轴的视角变换；当鼠标在屏幕空间内左右拖动时，进行X轴的视角变换；当鼠标滚轮移动时，进行缩放变换。
5.使用如权利要求1所述的方法的系统，其特征在于:包括:数据管理及预处理模块:其中包括导入数据，建模并跟踪脑神经纤维的路径功能；脑神经纤维颜色映射模块:其基本步骤为用脑神经纤维的颜色来表示其空间方向场信息，也就是计算脑神经纤维上两个相邻节点间的方向向量并映射至颜色空间；使得脑神经纤维因空间走向的变化而呈现颜色不同，从而加强用户对脑神经纤维的空间感知效果；脑神经纤维空间绘制模块:对于脑神经纤维路径跟踪的结果，用一组节点序列来表示一根脑神经纤维，本模块把一组微小直线段依序连接来拟合一整根脑神经纤维曲线； 脑神经纤维空间探索与交互模块:计算脑神经纤维数据的空间极值以确定绘制场景的坐标系中心原点，并建立基于场景坐标系的空间交互方式。
【文档编号】G06T17/00GK104134232SQ201410328862
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】梁荣华, 王正州, 孙文杰, 姜晓睿, 池华炯, 冯远静 申请人:浙江工业大学