專利名稱：一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機斷層成像技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
計算機斷層成像技術(shù)，即CT(Computed Tomography)在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用是20世紀醫(yī)療技術(shù)進步的重要標志之一。CT的應(yīng)用離不開計算機的支持，而相應(yīng)地，CT算法的研究也離不開程序設(shè)計。
目前CT算法研究的程序設(shè)計語言可分為兩類(1)通用數(shù)學(xué)工具軟件(如Matlab等)的編程語言；(2)用于開發(fā)應(yīng)用程序的高級語言。使用數(shù)學(xué)工具軟件進行算法研究的優(yōu)點是簡單易用，數(shù)據(jù)格式的通用性較好，但其缺點也很明顯運行效率低，速度慢，研究成熟的算法要進入實際應(yīng)用仍需使用高級語言重新編寫。而如果使用高級語言編程進行算法研究，由于沒有通用的實驗平臺，每個研究人員的工作都需要從搭建實驗平臺開始，工作量比較大，不同作者的數(shù)據(jù)格式難以通用，而且有相當多的工作重復(fù)，致使算法本身的研究效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是設(shè)計一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)，以解決使用高級語言編程進行算法研究工作時開發(fā)效率低的問題，從而將研究人員從繁重的編程工作中解脫出來，可以專注于算法本身的研究工作。
(二)技術(shù)方案為了達到上述目的，本發(fā)明采取以下方案一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)，包括模擬投影模塊，用于生成模型的模擬投影數(shù)據(jù)；重建模塊，用于對模擬投影數(shù)據(jù)依據(jù)重建算法進行重建，并得到重建數(shù)據(jù)；重建模塊管理模塊，用于管理、加載、調(diào)用重建模塊；擴展向?qū)K，該模塊用于自動生成重建模塊與模擬投影模塊的接口，并完成投影數(shù)據(jù)讀取、投影參數(shù)讀取、重建參數(shù)設(shè)置和重建數(shù)據(jù)保存的功能；數(shù)據(jù)可視化及分析處理模塊，用于對真實投影數(shù)據(jù)、重建數(shù)據(jù)及中間數(shù)據(jù)進行可視化處理；其中，所述模擬投影模塊包括模型編輯模塊，用于組合多個基本幾何體以對待掃描的模型進行定義，并對各個基本幾何體的尺寸、位置和衰減系數(shù)進行設(shè)置，生成模型定義文件；模型投影模塊，用于對掃描參數(shù)和物理影響因素進行設(shè)置，然后選取上述模型定義文件，生成模擬投影數(shù)據(jù)。
其中所述重建模塊包括投影數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取投影數(shù)據(jù)；投影參數(shù)讀取模塊，用于讀取投影參數(shù)；重建算法實現(xiàn)模塊，用于對投影數(shù)據(jù)進行重建；重建數(shù)據(jù)保存模塊，用于保存重建數(shù)據(jù)。
(三)有益效果能提供方便快捷的重建算法程序開發(fā)手段，實現(xiàn)在研究算法時無需編寫模擬投影程序、界面程序、圖像顯示及處理程序等，而僅僅需要編寫算法本身的程序，從而大大減少了使用高級語言編程進行算法研究工作時的開發(fā)時間。
能提供快速使用已完成的算法程序的機制，實現(xiàn)對已有算法程序的快捷的修改和擴充，從而方便了多人研究成果的重復(fù)使用。重建模塊中引入了“重建類”的概念，使重建算法的程序設(shè)計工作有了面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)的各種優(yōu)越性。
能提供統(tǒng)一的算法程序管理界面，增加了算法研究工作的條理性和方便性。


圖1是本發(fā)明的實驗平臺總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明模擬投影功能模塊示意圖；圖3是本發(fā)明重建模塊和實驗平臺的調(diào)用關(guān)系示意圖；圖4是本發(fā)明重建模塊的運行流程示意圖；圖5是本發(fā)明重建模塊的設(shè)計流程示意圖；圖6是本發(fā)明算法平臺的重建模塊管理界面示意圖；圖7是本發(fā)明算法平臺的重建模塊擴展向?qū)Ы缑媸疽鈭D；圖8是圖像處理程序界面示意圖；具體實施方式
如圖1所示，投影數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的可視化及分析處理等通用的功能都已包含在平臺中，重建模塊擴展向?qū)Мa(chǎn)生的框架代碼中完成了重建模塊和平臺的接口功能，算法研究人員僅需完成描述重建算法的編程工作，編程工作量大大減少了。
平臺軟件由兩個可執(zhí)行程序算法平臺程序和圖像處理程序，及重建模塊DLL文件構(gòu)成。兩個程序之間以磁盤文件的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。算法平臺程序?qū)崿F(xiàn)模擬投影模型編輯、投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生、重建模塊管理、圖像重建及重建模塊擴展向?qū)Чδ埽淠康脑谟谔幚砀鞣N數(shù)據(jù)、文件而不關(guān)心對數(shù)據(jù)的解釋(即可視化等)。圖像處理程序則實現(xiàn)對算法平臺程序產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)文件的可視化、分析處理等功能，其目的在于幫助研究人員理解數(shù)據(jù)。
重建模塊為顯式鏈接的DLL文件。重建模塊提供兩個約定名稱的函數(shù)供算法平臺程序調(diào)用，分別完成參數(shù)設(shè)置和重建功能，還包含約定ID號的字符串資源提供對模塊的描述信息等。
實驗平臺的模擬投影模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示，此模塊包括兩個子功能模塊模型編輯模塊和模擬投影模塊。
模型編輯功能允許研究人員通過組合多個基本幾何體(長方體、圓柱體、橢球體等)定義待掃描的模型，按需求設(shè)置各個基本幾何體的尺寸、位置和衰減系數(shù)后即可得到一個復(fù)雜的模型。為了使用方便起見，此子功能模塊還包括模型定義文件的保存和讀取功能。
模擬投影子功能模塊提供了掃描參數(shù)(射線源參數(shù)、探測器參數(shù)、掃描軌跡的幾何參數(shù)等)設(shè)置和物理影響因素(能譜硬化效應(yīng)、噪聲、探測器串擾等)設(shè)置，選取待掃描的模型定義文件后根據(jù)這些設(shè)置生成投影數(shù)據(jù)。
重建模塊和實驗平臺的調(diào)用關(guān)系如圖3所示，實驗平臺列出可用的重建模塊，當用戶選擇需要的重建模塊后，平臺從所選重建模塊中讀出需要輸入的重建參數(shù)，然后要求用戶輸入這些參數(shù)，再將輸入的參數(shù)返回重建模塊，當用戶啟動重建功能時，平臺軟件調(diào)用重建模塊中的重建程序完成重建工作。
重建模塊的運行流程如圖4所示，由于重建模塊使用C++語言開發(fā)，應(yīng)充分利用C++語言面向?qū)ο蟮奶匦允沟瞄_發(fā)工作簡單化。重建模塊包括兩部分平臺接口和重建類。重建類封裝了重建過程中需要的所有數(shù)據(jù)和輸入輸出功能，也封裝了重建算法。
重建模塊的設(shè)計流程如圖5所示，實驗平臺提供一個重建基礎(chǔ)類，封裝了重建過程的公用數(shù)據(jù)成員和投影數(shù)據(jù)讀取、輸入輸出功能。所有的重建類都必須以重建基礎(chǔ)類或其派生類為基類。
當一個重建模塊完成以后，其中的重建類也可加入實驗平臺的重建模塊擴展向?qū)?，作為另一個新重建模塊的基類。由于“重建類”的引入，通過C++語言的繼承和重載，編寫新的重建模塊所需的工作量將大為減少。
實驗平臺應(yīng)能夠讀取平臺產(chǎn)生的投影數(shù)據(jù)和重建數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行可視化及分析處理，此功能模塊應(yīng)針對特定算法研究工作的需要靈活設(shè)計。
如圖6所示，算法平臺程序通過查找約定的重建模塊文件夾中的文件以確定可用的重建模塊，并在重建模塊管理界面列出可用的重建模塊及其包含的描述信息。研究人員選擇需要的重建模塊并加載，此時算法平臺程序調(diào)用重建模塊中的參數(shù)設(shè)置函數(shù)，獲得重建模塊要求的輸入?yún)?shù)，并在界面上要求用戶輸入這些參數(shù)；所有參數(shù)輸入后進行重建，此時算法平臺程序?qū)⑺袇?shù)傳遞給重建模塊并調(diào)用重建模塊中的重建函數(shù)。
算法平臺程序的重建模塊擴展功能界面如圖7所示，算法平臺的數(shù)據(jù)文件中包含一個完整的重建模塊程序工程源文件，也包含可用的重建類基類源文件；算法平臺程序列出可用的重建類基類供選擇，并根據(jù)研究人員設(shè)置的新模塊名稱等信息將已有的源文件復(fù)制到指定位置，然后將其中的名稱改為設(shè)置的名稱，從而生成一個新模塊工程。直接編譯此工程即可產(chǎn)生一個新的重建模塊DLL文件，包含默認的參數(shù)和僅顯示提示信息的重建函數(shù)。研究人員在此工程基礎(chǔ)上進行修改，只需加入所需參數(shù)并在重建函數(shù)中加入重建算法代碼即可獲得所需的重建模塊。也可將新的重建類文件復(fù)制到算法平臺的數(shù)據(jù)文件夾中從而作為以后的重建類基類使用。
如圖8所示，圖像處理程序可以處理各種數(shù)據(jù)文件，并且包含各種處理功能。
權(quán)利要求
1.一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬投影模塊，用于生成模型的模擬投影數(shù)據(jù)；重建模塊，用于對模擬投影數(shù)據(jù)依據(jù)重建算法進行重建，并得到重建數(shù)據(jù)；重建模塊管理模塊，用于管理、加載、調(diào)用重建模塊；擴展向?qū)K，該模塊用于自動生成重建模塊與模擬投影模塊的接口，并完成投影數(shù)據(jù)讀取、投影參數(shù)讀取、重建參數(shù)設(shè)置和重建數(shù)據(jù)保存的功能；數(shù)據(jù)可視化及分析處理模塊，用于對真實投影數(shù)據(jù)、重建數(shù)據(jù)及中間數(shù)據(jù)進行可視化處理。
2.如果權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的模擬投影模塊包括模型編輯模塊，用于組合多個基本幾何體以對待掃描的模型進行定義，并對各個基本幾何體的尺寸、位置和衰減系數(shù)進行設(shè)置，生成模型定義文件；模型投影模塊，用于對掃描參數(shù)和物理影響因素進行設(shè)置，然后選取上述模型定義文件，生成模擬投影數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的重建模塊包括投影數(shù)據(jù)讀取模塊，用于讀取投影數(shù)據(jù)；投影參數(shù)讀取模塊，用于讀取投影參數(shù)；重建數(shù)據(jù)模塊，用于對模擬數(shù)據(jù)進行重建；重建數(shù)據(jù)保存模塊，用于保存重建數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種通用計算機斷層成像算法平臺系統(tǒng)，包括模擬投影模塊、重建模塊管理模塊、擴展向?qū)K、重建模塊、數(shù)據(jù)可視化及分析處理模塊，投影數(shù)據(jù)產(chǎn)生和數(shù)據(jù)的可視化及分析處理等通用的功能都已包含在平臺中，重建模塊擴展向?qū)Мa(chǎn)生的框架代碼中完成了重建模塊和平臺的接口功能，算法研究人員僅需完成描述重建算法的編程工作，編程工作量大大減少了。
文檔編號G06T11/00GK1996390SQ20051013592
公開日2007年7月11日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者程建平, 胡海峰, 張麗, 陳志強, 唐杰, 邢宇翔, 趙自然, 肖永順, 李元景 申請人:清華大學(xué), 清華同方威視技術(shù)股份有限公司