專利名稱：醫學圖像處理方法
技術領域：
本發明涉及圖像處理技術領域，更具體地說，涉及一種醫學圖像處理方法。
背景技術：
計算機斷層掃描(Computed Tomography,簡稱"CT")及磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging,簡稱"MRT )技術是在醫學影像診斷中常用的 成像技術，其主要通過觀察一組CT或MRI的二維切片圖像去發現病變體。然 而，所得到的切片只能提供人體內部的二維圖像，二維圖像只能表示某一個界 面的解剖信息，醫生只能憑經驗由多幅二維圖像去估計病灶的大小及形狀，"構 思，，出病灶及其周圍組織的三維幾何關系，從而給治療帶來了困難。另外，在 放射治療應用中，僅由二維圖像上的某些解剖信息進行簡單的坐標疊加，不能 給出準確的三維影像，容易造成病變定位的失真和畸變。
發明內容
基于此，有必要提供一種能對二維圖形進行處理及三維可視化的醫學圖像
處理方法。
所述醫學圖像處理方法包括A.對二維圖像進行預處理，并對預處理后的 二維圖像進行分割提取；B.建立表面網格和體網格模型，采用細分算法進行處 理，建立可視化平臺；C.采用基于VTK的光線投影算法對二維圖像進行處理， 得到三維可視化圖像。
優選地，所述步驟A中對二維圖像進行分割提取的過程具體是采用自動 分割算法與手動分割協同進行的方式對二維圖像進行分割提取，以及采用實時 的、可定制的三維渲染結構對所述分割提取的結果進4亍觀察和調整。
優選地，所述步驟B中建立表面網格和體網格才莫型的步驟還包括在Visual C十+平臺上，通過算法對所述二維圖像進行批量、快速、自動處理，實現多張圖 像顯示、文件信息顯示、圖像局部放大、圖像格式轉換、圖像自動分割、圖像 銳化、直方圖均衡和圖像偽彩色處理。
而所述步驟C具體可包括數據預處理； 數據值分類；
給數據點賦顏色值和阻光度值； 進行重采樣；
采用圖像合成算法生成最終三維可視化圖像。
進一步優選地，所述重采樣的步驟具體是從屏幕上的每一個像素點根據 設定的觀察方向發出一條穿過三維數據場的射線，沿所述射線選擇多個等距的 釆樣點，對距離所述采樣點最近的八個數據點的顏色值和阻光度值做三次線性 差值，得到所述采樣點的顏色值和阻光度值。
所述重采樣的步驟之前還包括將具有顏色值及阻光度值的三維數據場由 物理空間坐標轉換為相應的圖像空間坐標，使用中心差分方法得到各數據點的 梯度值，用梯度代替法向向量，并計算得到各數據點的光亮度值。
另外，所述方法還可包括利用三維拾取算法拾取所述三維可視化圖像中 對應點的空間坐標，采用兩點距離計算公式獲取所述三維可視化圖像中任意兩 點之間的if巨離。
所述方法還可包括通過^L置虛擬切面的法向量和內點來對所述三維可一見 化圖像進行任意角度的切割，獲取虛擬切片信息以及讀取所述虛擬切片信息并 進行顯示。
所述方法還可包括定義切割平面，通過調整平面經過點坐標和法向向量 的參數來確定所述切割平面的位置，實現對所述三維可視化圖像進行任意角度 的平面切割。
所述方法還可包括在屏幕中生成長方體模型，在所述長方體模型的六個 面以及中心定義可控點，通過對所述可控點的操作進行所述三維可視化圖像的 長方體交互切割。
上述醫學圖形處理方法，通過對二維圖像進行分割提取，并在圖像分割的 基礎上，建立表面網格和體網格模型，實現對二維圖像的批量、快速、自動處 理；并采用基于VTK的光線投影算法對二維圖像進行處理，從而得到可視化的 三維圖像。
圖1是一個實施例中的醫學圖像處理方法的流程圖2是一個實施例中采用光線投影算法處理二維圖^f象的流程圖3是一個實施例中光線投影算法中的重采樣的原理示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了一個實施例中的醫學圖像處理方法流程，具體過程如下 在步驟S101中，對二維圖像進行預處理，并對預處理后的二維圖像進行分 割提取。
在步驟S102中，建立表面網格和體網格模型，采用細分算法進行處理，建 立可視化平臺。
在步驟S103中，采用基于VTK的光線投影算法對二維圖像進行處理，得 到三維可視化圖像。
上述對二維圖像進行的預處理包括對圖像銳化、去噪聲等處理。在一個實 施方式中，采用自動分割算法與手動分割協同進行的方式對預處理后的二維圖 像進行分割提取。針對不同的分割對象(例如外輪廓、內部結構或者其它特殊 部位)，需設計不同的自動分割算法，并結合手動分割才喿作，對自動分割的結果 進行修正和補充。在一個實施例中，采用實時的、可定制的三維渲染結構對分 割提取的結果進行觀察和調整。
在一個實施方式中，在圖像分割提取的基礎上，建立表面網格和體網格模 型。為了提高網格質量，采用細分算法進行處理，進一步完善網格生成、表面 渲染、體渲染的速度和質量。在一個實施例中，在VisualC+十平臺上，通過算法 進行醫學二維圖像的批量、快速、自動處理，實現多張圖像顯示、文件信息顯 示、圖像局部放大、圖像格式轉換、圖像自動分割、圖像銳化、直方圖均衡和 圖像偽彩色處理等操作。完成表面網格和體網格后，建立可視化平臺。
上述VTK (Visualization Toolkit)是針對2D、 3D圖形圖像和可視化用戶設 計的軟件工具包，其能嵌入任何一種開發工具中。VTK融合了三維計算機圖形 學、圖像處理和可視化三大技術，包括了眾多圖像處理和圖形生成算法，是一 種流行的圖像應用軟件開發平臺。圖2示出了一個實施例中采用光線投影算法處理二維圖像的方法流程，具 體過程如下
在步驟S201中，進行數據預處理。在一個實施方式中，對數據進行預處理 包括原始數據的格式轉換、剔除冗余數據及導出所需要的數據等功能。 在步驟S202中，進行數據值分類。
在步驟S203中，給數據點賦顏色值和阻光度值。在一個實施方式中，根據 數據值的不同，將其分為若干類，并給每類數據賦予不同的顏色值和阻光度值， 以求較準確地表示多種物質的不同分布或單一物質的不同屬性。
在步驟S204中，進行重采樣。如圖3所示，在一個實施方式中，重采樣的 具體過程是從屏幕上的每一個像素點根據設定的觀察方向發出一條穿過三維 數據場的射線，沿所述射線選擇多個等距的采樣點，對距離所述采樣點最近的 八個數據點的顏色值和阻光度值做三次線性差值，得到所述采樣點的顏色值和 阻光度值。
在一個實施例中，在進行重采樣前，需將具有顏色值及阻光度值的三維數 據場由物理空間坐標轉換為相應的圖像空間坐標。為增加逼真度，需增加明暗 效應，使用中心差分方法得到各數據點的梯度值如下
g,=[/("W,"-/(' -W,"]/2 <g,[/(" + H/(U-")]/2
.gz=[/(U" + l)-/(!',M-l)]/2
其中，/(/，力t)表示三維空間數據。用梯度代替法向向量，可采用傳統 的Phone模型計算出各數據點的光亮度值。
在步驟S205中，采用圖像合成算法生成三維可視化圖像。在一個實施例中， 步驟S205的具體過程是將每條射線上各采樣點的顏色值及阻光度值使用圖像 合成算法，得到發出該射線的像素點處的顏色值，生成最終的三維可視化圖像。
得到三維可視化圖像后，可通過人機交互，實現對可視化后的三維圖像進 行旋轉、縮放、平移等簡單的交互操作。另外，還可對可視化后的三維圖像進 行各種復雜交互操作，下面將對這些復雜交互操作進行詳細闡述。 (1)定量測量
利用三維拾取算法拾取三維可視化圖像中對應點的空間坐標，采用兩點距離計算公式獲取三維可視化圖像中任意兩點之間的距離。
在一個實施方式中，VTK類庫提供vtkPointPicker類來實現對點的拾取，其 原理是從觀察者出發，發出一束光線，將鼠標目前的位置投影到觀察物體中， 投影產生的點則是拾取到的點。要使用vtkPointPicker類，需要定義一個對拾取 事件進行處理的回調函數，此函數需滿足形如
void PickerlnteractionCallback
(vtkObject* vtkNotUsed(object)，unsigned long event,
void* clientdata， void* vtkNotUsed(calldata))
的聲明格式，然后在拾取器里對拾取事件進行觀察，最后把它制定為一個 特定交互的拾取器，實現空間點的三維坐標測量。根據三維拾取算法獲取兩個 點的三維坐標，采用如下的兩點計算公式，則可求得任意兩點間的精確距離。
"=^/(A — X, )2 — (>2 — 乂 )2 _ (A 一 Zl )2
其中，D是空間中兩點AOl，乂，Zi)，P2(A，^，Z2)之間的空間距離。
同理，已知空間中的三點A(;CpM，z,), p20c2，y2，z2), A0c3,h，s)的坐標，由上 述公式即可求得三點之間的距離。并采用下述公式的余弦定理即可計算出兩邊 的夾角，從而完成空間定量測量。
cos^ = (62 +c2 -"2)/26c (2)虛擬切片提取
通過設置虛擬切面的法向量和內點來對三維可視化圖像進行任意角度的切 割，獲取虛擬切片信息以及讀取所述虛擬切片信息并進行顯示。
在一個實施方式中，要獲取三維可視化圖像某一角度和部位的虛擬切片， 則需確定該切片所在平面的法向量和該平面上的一個點，獲取到切片所在平面 的法向量和該平面上的一個點后，則可才艮據下述點法式方程對虛擬切片所在平 面進行確定。
一-^) + "2(">^) + 03(2:-20) = 0
其中，平面上的點為/7(;c。，y。，z。)，法向量為^-(^，a2，03)。 在切片的切入方向和切入點確定后，也就確定了一條中心軸線，使用VTK 類庫中的vtklmagePlaneWidget類實現對重建后的三維物體進行切割并獲取虛擬切片信息，4吏用vtklmageMapToColors類則可讀取虛擬切片信息并顯示虛擬切面 圖像。
(3) 平面切割
定義切割平面，通過調整平面經過點坐標和法向向量的參數來確定切割平 面的位置，實現對三維可視化圖像進行任意角度的平面切割。
對于三維重建后的物體，往往需要進行切割，以便〗(見察物理內部的特定目 標。在VTK中，由vtkPlane類定義切割平面，vtkPlane類中定義了函數SetOrigin() 和SetNormalO，分別用于確定切割平面的位置和方向，關于這兩個函數的具體 參數如下
SetOrigin(floatx, floaty, floatz)定義平面經過點尸(jcj，z)的坐標，其中;c， y ， z分別是點P的對黃坐標、縱坐標和豎坐標。SetNormal(float x, float y， float z)定義 平面法向，法向向量為"0，y，z)。
在一個實施方式中，則可通過調整平面經過點和法向向量的參數來改變切 割平面的位置，從而實現重建后的三維物體的任意角度的平面切割。另外，也 可同時定義多個平面進^f亍切割，例如，用兩個平^f亍的平面對體數據進行切割， 就可得到體數據的切片。
(4) 長方體交互切割
在屏幕中生成長方體模型，在所述長方體模型的六個面及中心定義可控點， 通過對可控點的操作實現三維可視化圖像的長方體交互切割。
在一個實施方式中，通過VTK類庫中的vtkBoxWidget類在屏幕生成一個長 方體模型，并在其六個面以及中心定義可控制的點來進行縮放、平移、旋轉等 操作，從而可以很直觀的對重建后的三維物體進行切割。使用vtkBoxWidget類， 首先需指定一個繼承于vtkCommand的類來處理交互事件，該類在每次交互結 束時，都會將長方體的六個面作為切割平面添加，生成的效果就是重建物體被 長方體所切后的圖形。然后定義vtkBoxWidget的初始位置及表面屬性等，最后 將定義的處理類的實例制定為交互事件的處理類。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的保護范圍之內。
權利要求
1、一種醫學圖像處理方法，其特征在于，所述方法包括A.對二維圖像進行預處理，并對預處理后的二維圖像進行分割提取；B.建立表面網格和體網格模型，采用細分算法進行處理，建立可視化平臺；C.采用基于VTK的光線投影算法對二維圖像進行處理，得到三維可視化圖像。
2、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述步驟A中 對二維圖像進行分割提取的過程具體是采用自動分割算法與手動分割協同進 行的方式對二維圖像進行分割提取，以及采用實時的、可定制的三維渲染結構 對所述分割提取的結果進行觀察和調整。
3、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述步驟B中 建立表面網格和體網格模型的步驟還包括在Visual C十+平臺上，通過算法對所 述二維圖像進行批量、快速、自動處理，實現多張圖像顯示、文件信息顯示、 圖像局部放大、圖像格式轉換、圖像自動分割、圖像銳化、直方圖均衡和圖像 偽彩色處理。
4、 根據權利要求l所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述步驟C具 體包括數據預處理； 數據值分類；給數據點賦顏色值和阻光度值； 進行重采樣；采用圖像合成算法生成最終三維可視化圖像。
5、 根據權利要求4所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述重采樣的 步驟具體是從屏幕上的每一個像素點根據設定的觀察方向發出一條穿過三維 數據場的射線，沿所述射線選擇多個等距的采樣點，對距離所述采樣點最近的 八個數據點的顏色值和阻光度值做三次線性差值，得到所述采樣點的顏色值和 阻光度值。
6、 根椐權利要求5所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述重采樣的 步驟之前還包括將具有顏色值及阻光度值的三維數椐場由物理空間坐標轉換 為相應的圖像空間坐標，使用中心差分方法得到各數據點的梯度值，用梯度代 替法向向量，并計算得到各數據點的光亮度值。
7、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述方法還包 括利用三維拾取算法拾取所迷三維可視化圖像中對應點的空間坐標，采用兩 點距離計算公式獲取所述三維可視化圖像中任意兩點之間的距離。
8、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述方法還包 括通過設置虛擬切面的法向量和內點來對所述三維可視化圖像進行任意角度 的切割，獲取虛擬切片信息以及讀取所述虛擬切片信息并進行顯示。
9、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述方法還包 括定義切割平面，通過調整平面經過點坐標和法向向量的參數來確定所述切 割平面的位置，實現對所述三維可視化圖像進行任意角度的平面切割。
10、 根據權利要求1所述的醫學圖像處理方法，其特征在于，所述方法還 包括在屏幕中生成長方體模型，在所述長方體模型的六個面以及中心定義可 控點，通過對所述可控點的操作進行所述三維可視化圖像的長方體交互切割。
全文摘要
本發明提供了一種醫學圖像處理方法，所述方法包括A.對二維圖像進行預處理，并對預處理后的二維圖像進行分割提取；B.建立表面網格和體網格模型，采用細分算法進行處理，建立可視化平臺；C.采用基于VTK的光線投影算法對二維圖像進行處理，得到三維可視化圖像。采用本發明提供的醫學圖像處理方法，能對醫學二維圖像進行快速批量處理，并能實現二維圖像的三維可視化。
文檔編號G06T15/00GK101625766SQ200910109089
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月3日 優先權日2009年8月3日
發明者胡戰利, 鄭海榮 申請人:深圳先進技術研究院