專利名稱：超聲圖像三維重建方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像方法與系統(tǒng)，尤其是涉及一種超聲圖像三維重建方法與系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲成像(Ultrasound Imaging)、計(jì)算機(jī)斷層造 影術(shù)(CT，Computerized Tomography)、核醫(yī)學(xué)成像(PET, SPET 等)、核磁共振成像(MRI, Magnetic Resonance Imaging)逐漸成為當(dāng)今社會(huì)的四大醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。相比于計(jì)算機(jī)斷 層掃描和核磁共振成像，超聲成像具有無(wú)輻射，成像快等特點(diǎn)，在臨床診斷和治療中極具潛 力，但超聲成像有其固有缺點(diǎn)；>圖像包含大量噪聲。>相比于CT和MRI，圖像具有較低的動(dòng)態(tài)范圍。>圖像相鄰像素的灰度值差別較大。>圖像邊界區(qū)域不明顯。三維超聲重建技術(shù)是在二維超聲的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，相比于二維超聲它具有如 下優(yōu)點(diǎn)>幫助醫(yī)生從不同視角觀察臟器的切面和整體信息，圖像顯示直觀。>幫助醫(yī)生從不同的角度觀察臟器的解剖結(jié)構(gòu)與疾病狀況。>可以提供臟器的三維測(cè)量信息。>可以提供器官準(zhǔn)確的空間位置及形態(tài)，準(zhǔn)確定位病變組織?，F(xiàn)有的三維超聲重建技術(shù)主要分兩類；>表面繪制方法通過(guò)幾何單元拼接擬合物體表面來(lái)描述物體的三維結(jié)構(gòu)，它不 能提供物體的內(nèi)部信息。>直接體繪制方法，它直接應(yīng)用視覺(jué)原理，經(jīng)過(guò)體數(shù)據(jù)重新采樣，通過(guò)對(duì)體素灰度 值的處理，最終得到三維物體。一般所指光線投射算法就是直接體繪制算法中的光線合成算法，其基本原理為 從圖像平面上每一像素點(diǎn)發(fā)射一條光線，光線穿過(guò)三維體數(shù)據(jù)場(chǎng)，在光線上按一定步長(zhǎng)采 樣，得到一系列采樣點(diǎn)，對(duì)于每一個(gè)采樣點(diǎn)，根據(jù)其相鄰8個(gè)點(diǎn)的灰度值、梯度值插值得到 采樣點(diǎn)的灰度值及梯度值，根據(jù)灰度-阻光度傳遞函數(shù)及梯度阻-光度傳遞函數(shù)計(jì)算得到 采樣點(diǎn)的阻光度大小，所得到的一系列采樣點(diǎn)，按照一定的合成順序及合成規(guī)則，計(jì)算得到 當(dāng)前光線的顏色及阻光度大小，進(jìn)而得到圖像平面像素點(diǎn)P(i，j)的顏色。相比于面繪制算法，體繪制方法能夠得到大量信息。但是，因?yàn)閳D像平面上每個(gè)點(diǎn) 都要投射光線，每條光線上都要逐點(diǎn)采樣，三線性插值等一系列計(jì)算，繪制速度不能達(dá)到實(shí) 時(shí)繪制的目的。專利文獻(xiàn)公開(kāi)號(hào)為US5911691的美國(guó)專利，名稱為“Ultrasound image processing apparatus and method of forming and displaying ultrasound images bythe apparatus”詳細(xì)介紹了一種三維超聲圖像快速重建算法，該算法通過(guò)在某個(gè)角度重 建得到一個(gè)三維圖像；變換視角后，通過(guò)斜切變換得到新的三維圖像，不用重新進(jìn)行光線投 射，大大降低了三維重建的計(jì)算量，提高了速度。但該專利技術(shù)方案在降低計(jì)算量的同時(shí)并 沒(méi)有達(dá)到提高三維圖像質(zhì)量的目的。專利文獻(xiàn)公開(kāi)號(hào)為CN101292883A，名稱為“超聲三維快速成像方法及其裝置”詳細(xì) 介紹了基于直接體繪制算法的一種快速重建算法，其方法為在常規(guī)的光線投射算法基礎(chǔ)上 添加了邊界處理，提高了圖像質(zhì)量。該技術(shù)方案的不足之處為1)速度的提高不夠理想；2) 三維重建的效果不理想，圖像的邊界不清晰，損失了一部分圖像細(xì)節(jié)信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)超聲圖像快速完成、而 且成像質(zhì)量高的超聲圖像三維重建方法。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可以實(shí)現(xiàn)超聲圖像快速完成、而 且成像質(zhì)量高的超聲圖像三維重建系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種超聲圖像三維重建方法， 其包括以下步驟投射步驟，用于確定光線的起始位置及采樣的起始點(diǎn)及采樣點(diǎn)的坐標(biāo)并給灰度 值、阻光度值賦初值；查表步驟，用于根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度值，判斷當(dāng)前采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，對(duì) 于滿足合成條件的采樣點(diǎn)，查灰度_阻光度值表以及灰度_顏色值表得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻 光度以及顏色值；合成步驟，對(duì)滿足合成條件的采樣點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)到所投射光線起始點(diǎn)以及 投射光線結(jié)束到開(kāi)始的距離，以及基于該距離計(jì)算累積的灰度和累積的阻光度，并根據(jù)所 述的查表步驟中得到的當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值，進(jìn)行組合計(jì)算得到合成光線顏色值。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的查表步驟中涉及灰度_阻光度值表 以及灰度_顏色值表，所述的灰度_阻光度值表以及灰度_顏色值表構(gòu)建要通過(guò)灰度_阻 光度傳遞函數(shù)及灰度-顏色值傳遞函數(shù)來(lái)構(gòu)建的，傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)映射表，假設(shè)采樣 點(diǎn)的灰度值為s,則對(duì)應(yīng)的阻光度為3 ,d = T(S)，T為灰度-阻光度傳遞函數(shù)，查找灰度值對(duì) 應(yīng)的顏色值。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的投射步驟前進(jìn)一步包括以下步驟 截取步驟，用于從體數(shù)據(jù)中截取感興趣區(qū)域部分的數(shù)據(jù)；平滑步驟，用于對(duì)截取后的體數(shù)據(jù) 進(jìn)行平滑去噪處理。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的平滑步驟中包括采用三維中值濾 波和三維高斯平滑濾波相結(jié)合的方式。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的合成步驟后進(jìn)一步輸出步驟，用于 滿足結(jié)束條件時(shí)，輸出當(dāng)前累積的灰度值和累積的阻光度值作為圖像平面對(duì)應(yīng)像素的顏色值。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的投射步驟中包括根據(jù)圖像平面像素坐標(biāo)，確定投射光線的起始坐標(biāo)及采樣間隔，并給灰度值、阻光度值賦初值，即Ii = 0， /; = 0,δ,=0, = 1，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，根據(jù)相鄰8個(gè)點(diǎn)的灰度值，插值計(jì)算當(dāng)前采 樣點(diǎn)的灰度值fPi。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的查表步驟中包括根據(jù)第i個(gè)采樣 點(diǎn)的灰度值，判斷該采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，如果滿足合成條件，計(jì)算得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的 阻光度及顏色值Cpi大小，公式為dpi=dtf (Zpi)Cpi = Ctf (fPi) 與Ctf分別為灰度_阻光度值表、灰度_顏色值表，~,為第i個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)其符 合合成條件的灰度值fPi查找灰度-阻光度值表所得到的阻光度大小，Cpi為第i個(gè)采樣點(diǎn) 根據(jù)其符合合成條件的灰度值fPi查找灰度-顏色值表所得到的顏色值大小；否則計(jì)算第i+Ι采樣點(diǎn)的灰度值；得到滿足合成條件的采樣點(diǎn)的計(jì)算方法為針 對(duì)當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度而設(shè)置一個(gè)閾值，該閾值為動(dòng)態(tài)可調(diào)的，如果灰度大于該閾值，則對(duì)該 點(diǎn)合成，否則不對(duì)該點(diǎn)合成。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的合成步驟中包括對(duì)于滿足合成條 件的第i采樣點(diǎn)，計(jì)算采樣點(diǎn)到所投射光線起始處的距離Dpi，計(jì)算投射光線結(jié)束到開(kāi)始的 長(zhǎng)度D，并計(jì)算兩者的比值(D/Dpi)；根據(jù)第i個(gè)采樣點(diǎn)的顏色值Cpi、阻光度值以及根據(jù) 距離因素，得到的顏色值C〗,·、阻光度值力計(jì)算合成的Ii,/,', Qi-
權(quán)利要求
1.一種超聲圖像三維重建方法，其包括以下步驟投射步驟，用于確定光線的起始位置及采樣的起始點(diǎn)及采樣點(diǎn)的坐標(biāo)并給灰度值、阻 光度值賦初值；查表步驟，用于根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度值，判斷當(dāng)前采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，對(duì)于滿 足合成條件的采樣點(diǎn)，查表得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值；合成步驟，對(duì)滿足合成條件的采樣點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)到所投射光線起始點(diǎn)以及投射 光線結(jié)束到開(kāi)始的距離，以及基于該距離計(jì)算累積的灰度和累積的阻光度，并根據(jù)所述的 查表步驟中得到的當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值，進(jìn)行組合計(jì)算得到合成光線顏色值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的查表步驟中涉 及灰度_阻光度值表以及灰度_顏色值表，所述的灰度_阻光度值表以及灰度_顏色值表 構(gòu)建要通過(guò)灰度-阻光度傳遞函數(shù)及灰度-顏色值傳遞函數(shù)來(lái)構(gòu)建的，傳遞函數(shù)相當(dāng)于一 個(gè)映射表，假設(shè)采樣點(diǎn)的灰度值為s，則對(duì)應(yīng)的阻光度為3 ,5 = T(S)，T為灰度-阻光度傳遞 函數(shù)，查找灰度值對(duì)應(yīng)的顏色值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的投射步驟前進(jìn) 一步包括以下步驟截取步驟，用于從體數(shù)據(jù)中截取感興趣區(qū)域部分的數(shù)據(jù)；平滑步驟，用 于對(duì)截取后的體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑去噪處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的平滑步驟中包 括采用三維中值濾波和三維高斯平滑濾波相結(jié)合的方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的合成步驟后進(jìn) 一步輸出步驟，用于滿足結(jié)束條件時(shí)，輸出當(dāng)前累積的灰度值和累積的阻光度值作為圖像 平面對(duì)應(yīng)像素的顏色值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的投射步驟中包 括根據(jù)圖像平面像素坐標(biāo)，確定投射光線的起始坐標(biāo)及采樣間隔，并給灰度值、阻光度值 賦初值，即Ii = 0，/,'=0, Bi=O,! = 1，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值，根據(jù)相鄰8個(gè)點(diǎn)的灰 度值，插值計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度值fPi。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的查表步驟中包 括根據(jù)第i個(gè)采樣點(diǎn)的灰度值，判斷該采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，如果滿足合成條件，計(jì) 算得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度及顏色值Cpi大小，公式為dPi=dAfp^Cpi = Ctf (fPi) 與Ctf分別為灰度-阻光度值表、灰度-顏色值表，為第i個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)其符合合 成條件的灰度值fPi查找灰度-阻光度值表所得到的阻光度大小，Cpi為第i個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù) 其符合合成條件的灰度值fpi查找灰度-顏色值表所得到的顏色值大??；否則計(jì)算第i+ι采樣點(diǎn)的灰度值；得到滿足合成條件的采樣點(diǎn)的計(jì)算方法為針對(duì)當(dāng) 前采樣點(diǎn)的灰度而設(shè)置一個(gè)閾值，該閾值為動(dòng)態(tài)可調(diào)的，如果灰度大于該閾值，則對(duì)該點(diǎn)合 成，否則不對(duì)該點(diǎn)合成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的合成步驟中包 括對(duì)于滿足合成條件的第i采樣點(diǎn)，計(jì)算采樣點(diǎn)到所投射光線起始處的距離Dpi，計(jì)算投射光線結(jié)束到開(kāi)始的長(zhǎng)度D，并計(jì)算兩者的比值(D/Dpi)；根據(jù)第i個(gè)采樣點(diǎn)的顏色值Cpi、阻光 度值以及根據(jù)距離因素，得到的顏色值C〗,、阻光度值計(jì)算合成的I1,/;, dt;
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于，所述的合成步驟中包 括光線停止投射的條件為滿足以下之一即可Si =DrQ2--Q^, SiSK,其中K<<1，Si為前i個(gè)點(diǎn)阻光度的乘積，當(dāng)δ^」、 于一個(gè)設(shè)定的閾值K時(shí)，則說(shuō)明i以后的采樣點(diǎn)不可見(jiàn)了，不用計(jì)算i以后的采樣點(diǎn)了，停 止光線投射縮短繪制時(shí)間；(2)當(dāng)前采樣點(diǎn)為光線的最后一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)前一個(gè)條件沒(méi)有滿足時(shí)，采樣點(diǎn)為當(dāng)前光線的 最后一個(gè)點(diǎn)了，則停止光線投射。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲圖像三維重建方法，其特征在于所述的輸出步驟中包 括如果光線投射停止了，則Imd為圖像平面當(dāng)前像素的顏色值，輸出此像素的顏色值，否 則，跳到投射步驟，且i = i+1。
11.一種超聲圖像三維重建系統(tǒng)，其特征在于，其包括投射模塊，用于確定光線的起始位置及采樣的起始點(diǎn)及采樣點(diǎn)的坐標(biāo)并給灰度值、阻 光度值賦初值；查表模塊，用于根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度值，判斷當(dāng)前采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，對(duì)于滿 足合成條件的采樣點(diǎn)，查表得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值；合成模塊，對(duì)滿足合成條件的采樣點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)到所投射光線起始點(diǎn)以及投射 光線結(jié)束到開(kāi)始的距離，以及基于該距離計(jì)算累積的灰度和累積的阻光度，并根據(jù)所述的 查表步驟中得到的當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值，進(jìn)行組合計(jì)算得到合成光線顏色值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲圖像三維重建系統(tǒng)，其特征在于，其進(jìn)一步包括截取 模塊，用于通過(guò)界面設(shè)置獲取感興趣區(qū)域，并從體數(shù)據(jù)緩存中截取感興趣區(qū)域部分的數(shù)據(jù)； 平滑模塊，用于對(duì)截取后的體數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑去噪處理；輸出模塊，用于滿足結(jié)束條件時(shí)，則 輸出當(dāng)前累積的灰度值和累積的阻光度值作為圖像平面對(duì)應(yīng)像素的顏色值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲圖像三維重建方法，其包括以下步驟投射步驟，用于確定光線的起始位置及采樣的起始點(diǎn)及采樣點(diǎn)的坐標(biāo)并給灰度值、阻光度值賦初值；查表步驟，用于根據(jù)當(dāng)前采樣點(diǎn)的灰度值，判斷當(dāng)前采樣點(diǎn)是否滿足合成條件，對(duì)于滿足合成條件的采樣點(diǎn)，查表得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值；合成步驟，對(duì)滿足合成條件的采樣點(diǎn)，計(jì)算當(dāng)前采樣點(diǎn)到所投射光線起始點(diǎn)以及投射光線結(jié)束到開(kāi)始的距離，以及基于該距離計(jì)算累積的灰度和累積的阻光度，并根據(jù)所述的查表步驟中得到的當(dāng)前采樣點(diǎn)的阻光度以及顏色值，進(jìn)行組合計(jì)算得到合成光線顏色值。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101996419SQ20101054644
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者凌鋒, 齊保春 申請(qǐng)人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司