用于CBCT成像的多平面重建方法、装置、设备及存储介质与流程

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种用于cbct成像的多平面重建方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

cbct(conebeamct，锥形束ct)成像技术起源于西门子医疗系统集团近年来推出的dynact技术，其原理是利用锥形束x射线围绕投照体做环形透视扫描，对扫描后的数据进行计算机重建生成三维体数据。在cbct扫描重建获得三维体数据后，通常通过多平面重建方式对三维体数据进行显示。

多平面重建是一种三维体数据的显示方式，是在轴向位图像上按需要任意画线，绘制该画线平面的三维重建图像，绘制的三维重建图像包括轴向位图像、冠状位图像、矢状位图像以及任意角度斜位图像。目前，通过多平面重建可以较好地显示患者组织器官内复杂的解剖关系，有利于病灶的准确定位，能够清楚测量骨碎片的大小、位移情况，并且提供骨折周围软组织肿胀、积血等信息，然而，多平面重建的不足之处是缺乏立体感和整体性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于cbct成像的多平面重建方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中用于cbct成像的多平面重建缺乏立体感和整体性的问题。

一方面，本发明提供了一种用于cbct成像的多平面重建方法，所述方法包括下述步骤：

接收通过锥形束ct成像扫描系统扫描到的投照体的透视图像，对所述透视图像进行三维重建，获得所述投照体的三维体数据；

构建所述三维体数据的一维纹理，根据所述三维体数据的一维纹理和预设的颜色映射方式，构建所述三维体数据的三维纹理；

根据用户输入的所述三维体数据上待观测点的位置信息，计算所述待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在所述三维体数据的三维纹理上的纹理坐标；

根据所述用户输入的待观测曲面图像与所述三维体数据的交线，计算所述待观测曲面图像在所述三维体数据的三维纹理上的纹理坐标；

根据所述轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像的纹理坐标，绘制所述轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，根据所述待观测曲面图像的纹理坐标绘制所述待观测曲面图像并输出。

另一方面，本发明提供了一种用于cbct成像的多平面重建装置，所述装置包括：

三维重建单元，用于接收通过锥形束ct成像扫描系统扫描到的投照体的透视图像，对所述透视图像进行三维重建，获得所述投照体的三维体数据；

纹理构建单元，用于构建所述三维体数据的一维纹理，根据所述三维体数据的一维纹理和预设的颜色映射方式，构建所述三维体数据的三维纹理；

第一坐标计算单元，用于根据用户输入的所述三维体数据上待观测点的位置信息，计算所述待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在所述三维体数据的三维纹理上的纹理坐标；

第二坐标计算单元，用于根据所述用户输入的待观测曲面图像与所述三维体数据的交线，计算所述待观测曲面图像在所述三维体数据的三维纹理上的纹理坐标；以及

绘制输出单元，用于根据所述轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像的纹理坐标，绘制所述轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，根据所述待观测曲面图像的纹理坐标绘制所述待观测曲面图像并输出。

另一方面，本发明还提供了一种医疗设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种用于cbct成像的多平面重建方法所述的步骤。

另一方面，本发明还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存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述一种用于cbct成像的多平面重建方法所述的步骤。

本发明通过cbct扫描系统扫描投照体并对扫描的透视图像进行三维重建，获得投照体的三维体数据，构建三维体数据的一维纹理，并根据预设的颜色映射方式构建三维体数据的三维纹理，接着，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维纹理上的纹理坐标，计算待观测曲面图像的纹理坐标，绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像、待观测曲面图像，从而有效地提高了多平面重建的立体感和整体性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的用于cbct成像的多平面重建方法的实现流程图；

图2是本发明实施例一提供的用于cbct成像的多平面重建方法中颜色映射方式的s型映射曲线示例图；

图3是本发明实施例一提供的用于cbct成像的多平面重建方法中绘制的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像以及待观测曲面图像的示例图；

图4是本发明实施例二提供的用于cbct成像的多平面重建装置的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的用于cbct成像的多平面重建装置的优选结构示意图；以及

图6是本发明实施例三提供的医疗设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例一提供的用于cbct成像的多平面重建方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤s101中，接收通过锥形束ct成像扫描系统扫描到的投照体的透视图像，对透视图像进行三维重建，获得投照体的三维体数据。

本发明实施例适用于锥形束ct(cbct)成像的多平面重建。通过cbct成像扫描系统扫描投照体，获得投照体不同角度的透视图像，根据透视图像进行三维重建，获得投照体的三维体数据。其中，三维体数据即体数据，投照体为患者的组织器官。

作为示例地，可按照扫描时的位置和角度信息对这些透视图像进行规则化处理，得到三维体数据。

在步骤s102中，构建三维体数据的一维纹理，根据三维体数据的一维纹理和预设的颜色映射方式，构建三维体数据的三维纹理。

在本发明实施例中，优选地，使用opengl中的多重纹理、着色器，相应地为三维体数据构建一维纹理和三维纹理，以提高多平面重建的绘制速度和显示速度。

进一步优选地，可通过opengl中的多重纹理将预设的颜色查找表设置为三维体数据的一维纹理，再由opengl中的着色器利用gpu计算三维体数据的三维纹理所对应的一维纹理索引值，根据一维纹理索引值从颜色查找表中查找三维纹理rgba颜色中的rgb分量，同时将三维体数据设置三维纹理rgba颜色中的alpha分量，通过opengl中的多重纹理和三维纹理对应rgba颜色，构建三维纹理，以提高多平面重建的绘制速度和显示速度。

优选地，颜色查找表为12阶4096灰阶的颜色查找表，颜色映射方式为s型映射算法，从而使得多平面重建中图像细节显示更加连续，改善图像边缘锯齿化现象。作为示例地，颜色映射方式的公式可为：

其中，index为三维纹理对应的一维纹理索引值，一维纹理索引值的数值范围在(0,1)内，k为预设参数，grayfloat为三维体数据，windowlevel为预设的窗位，windowwidth为预设的窗宽。

例如，图2为12位4096灰阶s型映射曲线图，图2的横坐标为三维体数据，纵坐标为三维纹理对应的一维纹理索引值，窗位为500，窗宽为1000。

在步骤s103中，根据用户输入的三维体数据上待观测点的位置信息，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

在本发明实施例中，当用户需要观察三维体数据某处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像时，用户可输入该点(即待观测点)的位置信息，其中，待观测点的位置信息可包括待观测点在三维体数据中的三维坐标和斜位图像的法向量。当接收到用户输入的三维体数据上待观测点的位置信息时，可根据待观测点在三维体数据中的三维坐标，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标，可根据待观测点在三维体数据中的三维坐标和斜位图像的法向量，计算斜位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

例如，在根据待观测点在三维体数据中的三维坐标(x0,y0,z0)，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像的纹理坐标时，轴向位图像的纹理坐标为：

其中，idepth为三维体数据的分辨率中的深度值；

矢状位图像的纹理坐标为：

其中，iwidth为三维体数据的分辨率中的宽度值；

冠状位图像的纹理坐标为：

其中，iheight为三维体数据的分辨率中的高度值。

在步骤s104中，根据用户输入的待观测曲面图像与三维体数据的交线，计算待观测曲面图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

在本发明实施例中，当用户需要观察三维体数据中的某个曲面图像时，可通过选定三维体数据中对应的某个区域，输入自身想要观测的待观测曲面图像。在计算待观测曲面图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标时，首先，确定待观测曲面图像与三维体数据的交线，在该交线上按照预设方式(例如随机或者等距离)获一系列的离散点{pi＝(xi,yi,zi)|i＝1,2,......,n}，n为pi的数量，通过预设的最小二乘法将这些离散点进行拟合扩散，得到扩散后的离散点{qj＝(xj,yj,zj)|j＝1,2,......,m,m＞＞n}，m为qj的数量，通过这些扩散后的离散点将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并计算这些平面在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标，这些纹理坐标即待观测曲面图像的纹理坐标。

作为示例地，在通过这些扩散后的离散点将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并计算这些平面在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标时，当qj位于轴向位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

当qj位于矢状位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

当qj位于冠状位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

在步骤s105中，根据轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像的纹理坐标，绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，根据待观测曲面图像的纹理坐标绘制待观测曲面图像并输出。

在本发明实施例中，在确定待观测点处轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像的纹理坐标后，根据这些纹理坐标绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，在将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并确定m-1个平面的纹理坐标后，绘制这m-1个平面可得到完整的曲面图像。

作为实例地，图3为绘制得到的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像以及待观测曲面图像的示例图。

在本发明实施例中，重建cbct成像扫描系统扫描到的投照体的三维体数据，通过opengl中的多重纹理和着色器，构建三维体数据的一维纹理和三维纹理，计算待观测点的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维纹理上的纹理坐标，计算待观测曲面图像在三维纹理上的纹理坐标，从而通过opengl有效地提高了多平面重建的绘制速度和显示速度，通过绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像和待观测曲面图像，有效地提高了多平面重建的立体感和整体性。

实施例二：

图4示出了本发明实施例二提供的用于cbct成像的多平面重建装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：

三维重建单元41，用于接收通过锥形束ct成像扫描系统扫描到的投照体的透视图像，对透视图像进行三维重建，获得投照体的三维体数据。

在本发明实施例中，通过cbct成像扫描系统扫描投照体，获得投照体不同角度的透视图像，根据透视图像进行三维重建，获得投照体的三维体数据。

纹理构建单元42，用于构建三维体数据的一维纹理，根据三维体数据的一维纹理和预设的颜色映射方式，构建三维体数据的三维纹理。

在本发明实施例中，优选地，使用opengl中的多重纹理、着色器，相应地为三维体数据构建一维纹理和三维纹理，以提高多平面重建的绘制速度和显示速度。

进一步优选地，可通过opengl中的多重纹理将预设的颜色查找表设置为三维体数据的一维纹理，再由opengl中的着色器利用gpu计算三维体数据的三维纹理所对应的一维纹理索引值，根据一维纹理索引值从颜色查找表中查找三维纹理rgba颜色中的rgb分量，同时将三维体数据设置三维纹理rgba颜色中的alpha分量，通过opengl中的多重纹理和三维纹理对应rgba颜色，构建三维纹理，以提高多平面重建的绘制速度和显示速度。

优选地，颜色查找表为12阶4096灰阶的颜色查找表，颜色映射方式为s型映射算法，从而使得多平面重建中图像细节显示更加连续，改善图像边缘锯齿化现象。作为示例地，颜色映射方式的公式可为：

其中，index为三维纹理对应的一维纹理索引值，一维纹理索引值的数值范围在(0,1)内，k为预设参数，grayfloat为三维体数据，windowlevel为预设的窗位，windowwidth为预设的窗宽。

第一坐标计算单元43，用于根据用户输入的三维体数据上待观测点的位置信息，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

在本发明实施例中，当用户需要观察三维体数据某处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像时，用户可输入该点(即待观测点)的位置信息，其中，待观测点的位置信息可包括待观测点在三维体数据中的三维坐标和斜位图像的法向量。当接收到用户输入的三维体数据上待观测点的位置信息时，可根据待观测点在三维体数据中的三维坐标，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标，可根据待观测点在三维体数据中的三维坐标和斜位图像的法向量，计算斜位图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

例如，在根据待观测点在三维体数据中的三维坐标(x0,y0,z0)，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像的纹理坐标时，轴向位图像的纹理坐标为：

其中，idepth为三维体数据的分辨率中的深度值；

矢状位图像的纹理坐标为：

其中，iwidth为三维体数据的分辨率中的宽度值；

冠状位图像的纹理坐标为：

其中，iheight为三维体数据的分辨率中的高度值。

第二坐标计算单元44，用于根据用户输入的待观测曲面图像与三维体数据的交线，计算待观测曲面图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

在本发明实施例中，当用户需要观察三维体数据中的某个曲面图像时，可通过选定三维体数据中对应的某个区域，输入自身想要观测的待观测曲面图像。在计算待观测曲面图像在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标时，首先，确定待观测曲面图像与三维体数据的交线，在该交线上按照预设方式获一系列的离散点{pi＝(xi,yi,zi)|i＝1,2,......,n}，n为pi的数量，可通过预设的最小二乘法将这些离散点进行拟合扩散，得到扩散后的离散点{qj＝(xj,yj,zj)|j＝1,2,......,m,m＞＞n}，m为qj的数量，通过这些扩散后的离散点将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并计算这些平面在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标，这些纹理坐标即待观测曲面图像的纹理坐标。

作为示例地，在通过这些扩散后的离散点将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并计算这些平面在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标时，当qj位于轴向位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

当qj位于矢状位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

当qj位于冠状位图像所在平面时，qj所在平面的纹理坐标为：

绘制输出单元45，用于根据轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像的纹理坐标，绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，根据待观测曲面图像的纹理坐标绘制待观测曲面图像并输出。

在本发明实施例中，在确定待观测点处轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像的纹理坐标后，根据这些纹理坐标绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像并输出，在将待观测曲面图像分解为m-1个平面，并确定m-1个平面的纹理坐标后，绘制这m-1个平面可得到完整的曲面图像

优选地，如图5所示，纹理构建单元42包括

一维纹理构建单元521，用于通过opengl中的多重纹理，将预设的颜色查找表设置为三维体数据的一维纹理；以及

三维纹理构建单元522，用于根据三维体数据的一维纹理和颜色映射方式，通过opengl中的多重纹理和着色器构建三维体数据的三维纹理。

优选地，第二坐标计算单元44包括交线确定单元541、离散点扩散单元542和分解计算单元543，其中：

交线确定单元541，用于接收用户输入的所述待观测曲面图像与三维体数据的交线；

离散点扩散单元542，用于获取交线上的离散点，通过预设的最小二乘法对交线上的离散点进行拟合扩散；以及

分解计算单元543，用于根据拟合扩散后的离散点，将待观测曲面图像分解为预设数量个平面，计算预设数量个平面在三维体数据的三维纹理上的纹理坐标。

在本发明实施例中，重建cbct成像扫描系统扫描到的投照体的三维体数据，通过opengl中的多重纹理和着色器，构建三维体数据的一维纹理和三维纹理，计算待观测点的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维纹理上的纹理坐标，计算待观测曲面图像在三维纹理上的纹理坐标，从而通过opengl有效地提高了多平面重建的绘制速度和显示速度，通过绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像和待观测曲面图像，有效地提高了多平面重建的立体感和整体性。

在本发明实施例中，用于cbct成像的多平面重建装置的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，在此不用以限制本发明。

实施例三：

图6示出了本发明实施例三提供的医疗设备的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例的医疗设备6包括处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62。该处理器60执行计算机程序62时实现上述方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s101至s105。或者，处理器60执行计算机程序62时实现上述装置实施例中各单元的功能，例如图4所示单元41至45的功能。

在本发明实施例中，重建cbct扫描系统扫描的投照体三维体数据，通过opengl中的多重纹理和着色器构建三维体数据的一维纹理和三维纹理，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维纹理上的纹理坐标，计算待观测曲面图像的纹理坐标，根据这些纹理坐标绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像、待观测曲面图像，从而有效地提高了不同姿态二维图像的绘制和显示速度，有效地提高了多平面重建的立体感和整体性。

实施例四：

在本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤，例如，图1所示的步骤s101至s105。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述装置实施例中各单元的功能，例如图4所示单元41至45的功能。

在本发明实施例中，重建cbct扫描系统扫描的投照体三维体数据，通过opengl中的多重纹理和着色器构建三维体数据的一维纹理和三维纹理，计算待观测点处的轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像以及斜位图像在三维纹理上的纹理坐标，计算待观测曲面图像的纹理坐标，根据这些纹理坐标绘制轴向位图像、矢状位图像、冠状位图像、斜位图像、待观测曲面图像，从而有效地提高了不同姿态二维图像的绘制和显示速度，有效地提高了多平面重建的立体感和整体性。

本发明实施例的计算机可读存储介质可以包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质，例如，rom/ram、磁盘、光盘、闪存等存储器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。