專利名稱：管道性臟器虛擬切開可視化方法
技術領域：
本發明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體涉及一種管道性臟器虛擬切開可視化方法。
背景技術：
目前，利用CT、MRI等醫學成像數據，對管道性臟器進行三維可視化重建及觀察診斷主要采用的是虛擬內窺鏡的方法。這一技術模擬了傳統光學內窺鏡體在腔道內行進，以光學內窺鏡的視角從內部對臟器內壁進行觀察。這個技術的優勢在于克服了傳統光學內窺鏡需把內窺鏡體插入人體內的缺點，是一種完全無接觸式的檢查方法。然而，現有的虛擬內窺鏡技術的缺點是觀察角度仍然局限于內窺，視角有著很大的限制，診斷時不夠直觀，容易有遺漏處，無法從外部對臟器的整體形態進行觀察，對病灶的定位不夠直觀，并且難以清除腸內的積水其其它雜質，對診斷帶來影響。
經對現有技術的文獻檢索發現，Joel G..Fletcher等在Journal ofComputer Assisted Tomography(計算機輔助斷層攝影雜志)(2001年第25卷第6期，第864-869頁)上發表的“Feasibility of Planar Virtual PathologyA New Paradigm in Volume-Rendered CT Colonography”(平面虛擬病理學可行性一種用于體繪制CT仿真結腸鏡的新樣式)一文中，提出了一種利用平面將小段結腸進行虛擬切開，然后再映射到二維平面后對結腸進行觀察的方法。這種方法可以部分解決虛擬內窺診斷時視角限制的問題，增加診斷的直觀性，加快診斷速度。其不足在于這種方法只能用一個平面對很小一部分結腸進行切開，這樣必須將結腸分割為很多小段，費時費力，不夠靈活；將結腸虛擬切開后將三維結構映射到二維平面的過程，會對結腸內壁上的解剖結構帶來形變，影響診斷結果。
發明內容
本發明針對現有的虛擬內窺鏡技術和Joel G..Fletcher等所設計的方案的不足，提出了一種管道性臟器虛擬切開可視化方法，使得對結腸的診斷可以不受內窺視角的限制，變得直觀、快捷，同時又不會對結腸內壁的解剖結構帶來形變。
本發明是通過以下技術方法實現的，本發明首先從原始醫學數據中分割出臟器圖像，再對該管道性臟器找出中心路徑，然后對于中心路徑上的每一點確定剖曲面法向量，再以該點到器官壁的大致距離為球體半徑，按照剖曲面法向量，用半球體對部分結腸體數據進行集合減法運算，從而切除數據中的無效部分，最后對剩余的體數據進行區域生長，保證連通，再以交互式的方式顯示出來。
所述的從原始醫學數據中分割出臟器圖像，再對該管道性臟器找出中心路徑，是指對于原始醫學數據進行分割，然后重建出的器官圖像，再對整個管道性空腔找出中心路徑。
所述的對于中心路徑上的每一點確定剖曲面法向量，是指根據中心路徑上每一點的切線方向，通過三個條件a.與切線方向垂直；b.跟上一個中心路徑點的裁切方向的夾角盡可能少；c.向量長度為1。從而求解出該點的剖曲面法向量。
所述的以該點到器官壁的大致距離為球體半徑，是指對于中心路徑上的每一點，求出其到周圍的器官壁的距離，并根據壁的形態對這一距離進行增大處理，消除皺褶的影響，并以此作為下一步處理中球體的半徑。
所述的按照剖曲面法向量，用半球體對管道器官模型進行集合減法運算，是指對于中心路徑上每一個點，以該點為圓心，上一步得到的大致距離為半徑，剖曲面法向量所確定的方向為上，作半球體，并用器官的體像素減去半球體的像素，從而相當于去除了器官妨礙觀察的部分。
所述的對剩余的模型進行區域生長，保證連通，是指對于切開結果中需要保留的像素進行區域生長，而保證結果區域的連通性，因為切割可能產生的碎片與保留區域不連通，因而得以清除，得到便于觀察診斷的器官影像。
本發明相對于現有技術的優勢在于1、視角更為靈活和開闊，使診斷過程更為直觀。2、可以去除結腸中的積水及其它雜物，使得診斷更為準確。3、視角還可以移到結腸外部，觀察整體形態及其與周邊組織器官的聯系。
圖1空腔性臟器虛擬切開示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的一實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
本實施例實施步驟如下(1)圖像分割。(2)找出中心路徑。(3)確定剖曲面法向量。(4)確定切割半球。(5)利用半球進行切割。(6)生長連通。(7)繪制并交互式顯示。
實施例采用對部分俯臥位人體結腸螺旋CT掃描數據進行處理，實現過程如下1.利用區域生長的方法在原始CT掃描圖像中分割出結腸空腔的二值化體數據，然后進行形態學膨脹運算，再在膨脹后的體數據中減去原空腔的數據，從而得到結腸壁的體數據。
2.對分割并膨脹后的結腸二值化體數據，以外壁作為邊界，進行距離變換，再利用距離變換值的倒數作最短路徑算法，求出結腸空腔的中心路徑。
3.對中心路徑上的每一個點，確定其剖曲面法向量。令所要求的當前中心路徑點的剖曲面法向量為 指向下一個中心路徑點的單位切向量為 上一個中心路徑點的剖曲面法向量為 剖曲面法向量 滿足以下三個約束條件條件1與單位切向量垂直，也即A→·Y→=0]]>條件2跟上一條剖曲面法向量的夾角盡可能少(可等價為與切向量和上一條剖曲面法向量共面)。也即a1a2a3x1x2x3y1y2y3=0]]>
條件3剖曲面法向量的長度為1。也即||Y→||=y12+y22+y32=1]]>4.對中心路徑上的每一個點，確定切割半球。球心為中心路徑點，半球方向與剖曲面法向量一致，半球的半徑為中心路徑點的距離變換值加上10。
5.沿著中心路徑上的每一點，利用上述獲得的半球，對結腸體數據進行切割。也即在結腸壁體數據中，將半球經過的區域都作為背景體素。
6.因為處理后的圖像下部可能有零星的碎片，因此對結腸上部保留的體像素部分進行區域生長，把能生長到的部分保留，不能生長到的部分作為背景像素，以此清除切開帶來的碎片，得到便于觀察診斷的器官影像。
7.對切割后的部分結腸進行體繪制，然后顯示出來，并允許任意轉換視角，對切開后的結腸內壁進行觀察。
如圖1所示，是虛擬切開在二維上的示意圖。經過這樣的處理，可以去除結腸內一般處于下方的積水和其它雜質，并去除了下半部的結腸，使得對上半部結腸壁的觀察視角大大增大，且更為直觀和靈活，可以更為自由地選擇觀察點，并能察看到結腸外部的組織和器官。
權利要求
1.一種管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征在于，首先從原始醫學數據中分割出臟器圖像，再對該管道性臟器找出中心路徑，然后對于中心路徑上的每一點確定剖曲面法向量，再以該點到器官壁的大致距離為球體半徑，按照剖曲面法向量，用半球體對部分結腸體數據進行集合減法運算，從而切除數據中的無效部分，最后對剩余的體數據進行區域生長，保證連通，再以交互式的方式顯示出來。
2.根據權利要求1所述的管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征是，所述的從原始醫學數據中分割出臟器圖像，再對該管道性臟器找出中心路徑，是指對于原始醫學數據進行分割，然后重建出的器官圖像，再對整個管道性空腔找出中心路徑。
3.根據權利要求1所述的管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征是，所述的對于中心路徑上的每一點確定剖曲面法向量，是指根據中心路徑上每一點的切線方向，通過三個條件a.與切線方向垂直；b.跟上一個中心路徑點的裁切方向的夾角盡可能少；c.向量長度為1，從而求解出該點的剖曲面法向量。
4.根據權利要求1所述的管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征是，所述的以該點到器官壁的大致距離為球體半徑，是指對于中心路徑上的每一點，求出其到周圍的器官壁的距離，并根據壁的形態對這一距離進行增大處理，消除皺褶的影響，并以此作為下一步處理中球體的半徑。
5.根據權利要求1所述的管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征是，所述的按照剖曲面法向量，用半球體對管道器官模型進行集合減法運算，是指對于中心路徑上每一個點，以該點為圓心，上一步得到的大致距離為半徑，剖曲面法向量所確定的方向為上，作半球體，并用器官的體像素減去半球體的像素，從而去除了器官妨礙觀察的部分。
6.根據權利要求1所述的管道性臟器虛擬切開可視化方法，其特征是，所述的對剩余的模型進行區域生長，保證連通，是指對于切開結果中需要保留的像素進行區域生長，而保證結果區域的連通性，因為切割可能產生的碎片與保留區域不連通，因而得以清除，得到便于觀察診斷的器官影像。
全文摘要
一種管道性臟器虛擬切開可視化方法，屬于圖像處理技術領域。本發明首先從原始醫學數據中分割出臟器圖像，再對該管道性臟器找出中心路徑，然后對于中心路徑上的每一點確定剖曲面法向量，再以該點到器官壁的大致距離為球體半徑，按照剖曲面法向量，用半球體對部分結腸體數據進行集合減法運算，從而切除數據中的無效部分，最后對剩余的體數據進行區域生長，保證連通，再以交互式的方式顯示出來。本發明使得對結腸的診斷可以不受內窺視角的限制，變得直觀、快捷，同時又不會對結腸內壁的解剖結構帶來形變。
文檔編號G06T11/00GK101013506SQ20071003749
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月13日 優先權日2007年2月13日
發明者曹立基, 梁家斌, 趙俊 申請人:上海交通大學