心脏双源CT体数据三维显示研究

【作者】 薛海虹； 顾翀； 杨新； 孙锟；

【机构】 上海交通大学医学院附属新华医院儿内科儿科心脏中心； 上海交通大学图像处理与模式识别所,系统控制与信息处理教育部重点实验室；

【摘要】 目的利用小儿心脏双源CT图像作为原始数据,采用基于可见性直方图的传递函数设计以用来显示心内结构,在GPU上运行实现心内实时显示。方法图像分割采用体数据沿脊椎骨的竖直方向映射到二维平面,基于可见性直方图的心脏传递函数区分心肌组织和血液,采用手动分割获得心脏数据的区域和非心脏数据的区域后映射三维图像,通过灰度的差异进一步提取心脏结构数据,采用中值滤波对心脏数据进行滤波,通过观察可见性直方图,自动调节透明度函数并采用后向视线投射法三维渲染,并且通过用户调节传递函数参数能有效透过心脏表面观察心脏内部结构,达到满意的心内显示效果。结果利用传递函数可以隐去血液成分,并利用传递函数对突出显示的心肌组织部分进行窗宽窗位的变换,在设置颜色传递函数之后可以区分心肌组织的各个不同的结构,可以观察到左心室、右心室、肺动脉瓣和二尖瓣等心内结构,并实现心内任意角度的观察。应用梯度特征的图像比不采用梯度特征的图像更具有立体感,用户可以根据需要自己调节比例因子以决定显示效果,梯度模值权重占比较大的图像的显示效果更具有立体感。采用视线投射算法和可见性直方图方法对心脏双源CT图像分别在CPU上和GPU上三维可视化,在GPU上运行速度明显比在CPU上快,将体数据存储在GPU内存后,可省去在CPU和GPU之间数据传输的时间,且计算简单,计算速度快,实现心内结构实时显示。结论将基于可见性直方图的传递函数应用在心脏双源CT体数据的三维显示中,在设计透明度函数的同时在颜色传递函数中加入梯度的特征,可让用户自己调节梯度模值占颜色的权重;在CPU上三维重建可提高心脏双源CT数据的三维可视化效果,大大提高三维显示速率,并实现心脏双源CT体数据实时显示。更多还原