专利名称：管道性脏器虚拟切开可视化方法
技术领域：
本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体涉及一种管道性脏器虚拟切开可视化方法。
背景技术：
目前，利用CT、MRI等医学成像数据，对管道性脏器进行三维可视化重建及观察诊断主要采用的是虚拟内窥镜的方法。这一技术模拟了传统光学内窥镜体在腔道内行进，以光学内窥镜的视角从内部对脏器内壁进行观察。这个技术的优势在于克服了传统光学内窥镜需把内窥镜体插入人体内的缺点，是一种完全无接触式的检查方法。然而，现有的虚拟内窥镜技术的缺点是观察角度仍然局限于内窥，视角有着很大的限制，诊断时不够直观，容易有遗漏处，无法从外部对脏器的整体形态进行观察，对病灶的定位不够直观，并且难以清除肠内的积水其其它杂质，对诊断带来影响。
经对现有技术的文献检索发现，Joel G..Fletcher等在Journal ofComputer Assisted Tomography(计算机辅助断层摄影杂志)(2001年第25卷第6期，第864-869页)上发表的“Feasibility of Planar Virtual PathologyA New Paradigm in Volume-Rendered CT Colonography”(平面虚拟病理学可行性一种用于体绘制CT仿真结肠镜的新样式)一文中，提出了一种利用平面将小段结肠进行虚拟切开，然后再映射到二维平面后对结肠进行观察的方法。这种方法可以部分解决虚拟内窥诊断时视角限制的问题，增加诊断的直观性，加快诊断速度。其不足在于这种方法只能用一个平面对很小一部分结肠进行切开，这样必须将结肠分割为很多小段，费时费力，不够灵活；将结肠虚拟切开后将三维结构映射到二维平面的过程，会对结肠内壁上的解剖结构带来形变，影响诊断结果。
发明内容
本发明针对现有的虚拟内窥镜技术和Joel G..Fletcher等所设计的方案的不足，提出了一种管道性脏器虚拟切开可视化方法，使得对结肠的诊断可以不受内窥视角的限制，变得直观、快捷，同时又不会对结肠内壁的解剖结构带来形变。
本发明是通过以下技术方法实现的，本发明首先从原始医学数据中分割出脏器图像，再对该管道性脏器找出中心路径，然后对于中心路径上的每一点确定剖曲面法向量，再以该点到器官壁的大致距离为球体半径，按照剖曲面法向量，用半球体对部分结肠体数据进行集合减法运算，从而切除数据中的无效部分，最后对剩余的体数据进行区域生长，保证连通，再以交互式的方式显示出来。
所述的从原始医学数据中分割出脏器图像，再对该管道性脏器找出中心路径，是指对于原始医学数据进行分割，然后重建出的器官图像，再对整个管道性空腔找出中心路径。
所述的对于中心路径上的每一点确定剖曲面法向量，是指根据中心路径上每一点的切线方向，通过三个条件a.与切线方向垂直；b.跟上一个中心路径点的裁切方向的夹角尽可能少；c.向量长度为1。从而求解出该点的剖曲面法向量。
所述的以该点到器官壁的大致距离为球体半径，是指对于中心路径上的每一点，求出其到周围的器官壁的距离，并根据壁的形态对这一距离进行增大处理，消除皱褶的影响，并以此作为下一步处理中球体的半径。
所述的按照剖曲面法向量，用半球体对管道器官模型进行集合减法运算，是指对于中心路径上每一个点，以该点为圆心，上一步得到的大致距离为半径，剖曲面法向量所确定的方向为上，作半球体，并用器官的体像素减去半球体的像素，从而相当于去除了器官妨碍观察的部分。
所述的对剩余的模型进行区域生长，保证连通，是指对于切开结果中需要保留的像素进行区域生长，而保证结果区域的连通性，因为切割可能产生的碎片与保留区域不连通，因而得以清除，得到便于观察诊断的器官影像。
本发明相对于现有技术的优势在于1、视角更为灵活和开阔，使诊断过程更为直观。2、可以去除结肠中的积水及其它杂物，使得诊断更为准确。3、视角还可以移到结肠外部，观察整体形态及其与周边组织器官的联系。
图1空腔性脏器虚拟切开示意图具体实施方式
下面结合附图对本发明的一实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例实施步骤如下(1)图像分割。(2)找出中心路径。(3)确定剖曲面法向量。(4)确定切割半球。(5)利用半球进行切割。(6)生长连通。(7)绘制并交互式显示。
实施例采用对部分俯卧位人体结肠螺旋CT扫描数据进行处理，实现过程如下1.利用区域生长的方法在原始CT扫描图像中分割出结肠空腔的二值化体数据，然后进行形态学膨胀运算，再在膨胀后的体数据中减去原空腔的数据，从而得到结肠壁的体数据。
2.对分割并膨胀后的结肠二值化体数据，以外壁作为边界，进行距离变换，再利用距离变换值的倒数作最短路径算法，求出结肠空腔的中心路径。
3.对中心路径上的每一个点，确定其剖曲面法向量。令所要求的当前中心路径点的剖曲面法向量为 指向下一个中心路径点的单位切向量为 上一个中心路径点的剖曲面法向量为 剖曲面法向量 满足以下三个约束条件条件1与单位切向量垂直，也即A→·Y→=0]]>条件2跟上一条剖曲面法向量的夹角尽可能少(可等价为与切向量和上一条剖曲面法向量共面)。也即a1a2a3x1x2x3y1y2y3=0]]>
条件3剖曲面法向量的长度为1。也即||Y→||=y12+y22+y32=1]]>4.对中心路径上的每一个点，确定切割半球。球心为中心路径点，半球方向与剖曲面法向量一致，半球的半径为中心路径点的距离变换值加上10。
5.沿着中心路径上的每一点，利用上述获得的半球，对结肠体数据进行切割。也即在结肠壁体数据中，将半球经过的区域都作为背景体素。
6.因为处理后的图像下部可能有零星的碎片，因此对结肠上部保留的体像素部分进行区域生长，把能生长到的部分保留，不能生长到的部分作为背景像素，以此清除切开带来的碎片，得到便于观察诊断的器官影像。
7.对切割后的部分结肠进行体绘制，然后显示出来，并允许任意转换视角，对切开后的结肠内壁进行观察。
如图1所示，是虚拟切开在二维上的示意图。经过这样的处理，可以去除结肠内一般处于下方的积水和其它杂质，并去除了下半部的结肠，使得对上半部结肠壁的观察视角大大增大，且更为直观和灵活，可以更为自由地选择观察点，并能察看到结肠外部的组织和器官。
权利要求
1.一种管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征在于，首先从原始医学数据中分割出脏器图像，再对该管道性脏器找出中心路径，然后对于中心路径上的每一点确定剖曲面法向量，再以该点到器官壁的大致距离为球体半径，按照剖曲面法向量，用半球体对部分结肠体数据进行集合减法运算，从而切除数据中的无效部分，最后对剩余的体数据进行区域生长，保证连通，再以交互式的方式显示出来。
2.根据权利要求1所述的管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征是，所述的从原始医学数据中分割出脏器图像，再对该管道性脏器找出中心路径，是指对于原始医学数据进行分割，然后重建出的器官图像，再对整个管道性空腔找出中心路径。
3.根据权利要求1所述的管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征是，所述的对于中心路径上的每一点确定剖曲面法向量，是指根据中心路径上每一点的切线方向，通过三个条件a.与切线方向垂直；b.跟上一个中心路径点的裁切方向的夹角尽可能少；c.向量长度为1，从而求解出该点的剖曲面法向量。
4.根据权利要求1所述的管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征是，所述的以该点到器官壁的大致距离为球体半径，是指对于中心路径上的每一点，求出其到周围的器官壁的距离，并根据壁的形态对这一距离进行增大处理，消除皱褶的影响，并以此作为下一步处理中球体的半径。
5.根据权利要求1所述的管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征是，所述的按照剖曲面法向量，用半球体对管道器官模型进行集合减法运算，是指对于中心路径上每一个点，以该点为圆心，上一步得到的大致距离为半径，剖曲面法向量所确定的方向为上，作半球体，并用器官的体像素减去半球体的像素，从而去除了器官妨碍观察的部分。
6.根据权利要求1所述的管道性脏器虚拟切开可视化方法，其特征是，所述的对剩余的模型进行区域生长，保证连通，是指对于切开结果中需要保留的像素进行区域生长，而保证结果区域的连通性，因为切割可能产生的碎片与保留区域不连通，因而得以清除，得到便于观察诊断的器官影像。
全文摘要
一种管道性脏器虚拟切开可视化方法，属于图像处理技术领域。本发明首先从原始医学数据中分割出脏器图像，再对该管道性脏器找出中心路径，然后对于中心路径上的每一点确定剖曲面法向量，再以该点到器官壁的大致距离为球体半径，按照剖曲面法向量，用半球体对部分结肠体数据进行集合减法运算，从而切除数据中的无效部分，最后对剩余的体数据进行区域生长，保证连通，再以交互式的方式显示出来。本发明使得对结肠的诊断可以不受内窥视角的限制，变得直观、快捷，同时又不会对结肠内壁的解剖结构带来形变。
文档编号G06T11/00GK101013506SQ20071003749
公开日2007年8月8日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者曹立基, 梁家斌, 赵俊 申请人:上海交通大学