一种基于GPU的腹部脏器三维可视化方法

摘要

一种基于GPU的腹部脏器三维可视化的方法，属于医学图像处理技术领域，计算机X射线断层扫描设备对人体腹部进行CT扫描；获取腹部CT图像，并对获取的腹部CT图像进行三维可视化处理，得到三维可视化处理的结果图像；对腹部CT图像进行对应点匹配插值得到新插值图像，由新插值图像与原腹部CT图像得到匹配插值后的腹部CT图像即体数据；进行光线投射，得到腹部CT图像光线投射结果图像；将腹部CT图像的三维可视化处理的结果图像在装有独立GPU的计算机屏幕上显示。在对医学图像三维可视化处理时先进行插值，使断层图像的层间隔减小；基于GPU进行光线投射，利用GPU高并发的特性、有效地降低计算时间。

主权项

一种基于GPU的腹部脏器三维可视化的方法，包括以下步骤：步骤1：计算机X射线断层扫描设备对人体腹部进行CT扫描；步骤2：获取腹部CT图像，每组腹部CT图像包含若干张腹部断层扫描图像；步骤3：对获取的腹部CT图像进行三维可视化处理，得到三维可视化处理的结果图像；步骤3.1：对腹部CT图像进行对应点匹配插值，在每相邻前后两张腹部断层扫描图像间得到新插值图像，由新插值图像与原腹部CT图像得到匹配插值后的腹部CT图像即体数据；步骤3.2：从人在计算机内的虚拟视点经由光线投射初始空白图像中每一像素点向体数据中发射虚拟光线，进行光线投射，计算每一像素点的光线投射显示结果，所有像素点光线投射显示结果的集合构成腹部CT图像光线投射结果图像；步骤3.2.1：将体数据作为三维纹理加载至GPU的缓存中；步骤3.2.2：设定颜色传递函数与透明度传递函数，并将这两个传递函数作为一维纹理分别加载至GPU的缓存中；步骤3.2.3：从人在计算机内的虚拟视点经由光线投射初始空白图像中每一像素点向体数据中发射虚拟光线，进行光线投射；步骤3.2.4：在GPU内并行处理所有投射的光线，沿光线进行重采样，对采样结果进行合成，并根据设定的颜色传递函数与透明度传递函数计算每一像素点的颜色和不透明度，即得到每一像素点的光线投射显示结果；步骤3.2.5：所有光线投射显示结果的集合构成腹部CT图像光线投射结果图像;步骤3.3：对体数据进行任意平面切割，将非感兴趣区域从体数据中切除，对切割后的体数据进行光线投射，得到切割后体数据的光线投射结果图像；步骤3.4：若需要同时显示多个体数据，则进行多体素光线投射，将不同体数据的光线投射结果图像合成至同一结果图像内作为三维可视化处理的结果图像，否则直接将切割后体数据的光线投射结果图像作为三维可视化处理的结果图像；步骤4：将腹部CT图像的三维可视化处理的结果图像在装有独立GPU的计算机屏幕上显示；    其特征在于：所述步骤3.2.4在GPU内并行处理所有投射的光线，沿光线进行重采样，对采样结果进行合成，并根据设定的颜色传递函数与透明度传递函数计算每一像素点的颜色和不透明度，即得到每一像素点的光线投射显示结果，具体步骤如下：    步骤3.2.4.1：对于一条投射光线L，获取其在数据场入射点的投影坐标和出射点的投影坐标；步骤3.2.4.2：设定采样间隔，即在投射光线L进入数据场后每间隔采样间隔距离采样一次；步骤3.2.4.3：对于一采样点P，将其投影坐标β转换为模型局部坐标α；步骤3.2.4.4：对采样点P的模型局部坐标α在数据场中进行三维纹理查找，得到P点灰度值；步骤3.2.4.5：对P点灰度值在颜色传递函数与透明度传递函数中分别进行一维纹理查找，得到P点的颜色与透明度；步骤3.2.4.6：对透明度进行不透明度修正，消除采样点过密可能导致的过采样现象；步骤3.2.4.7：根据Phone光照模型求采样点P的最终颜色I；步骤3.2.4.8：对投射光线L上所有采样点的颜色求平均颜色作为在结果图像中对应像素显示的颜色，修正后的透明度求和得到对应像素的透明度。