专利名称：用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体涉及一种用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法。
背景技术：
目前，利用CT、MRI等医学成像数据，对体内空腔性脏器如结肠、胃、气管等的内壁进行三维可视化重建并进行临床诊断主要采用的是虚拟内窥镜技术。这一技术模拟了传统光学内窥镜在腔道内行进，以光学内窥镜的视角进行观察和诊断。这个技术的优势在于它是一种无侵入式的方法，给患者带来的痛苦较小。
经对现有技术的文献检索发现，叶建江在《医疗设备信息》(2002年第6期第48-50页)上发表的《三维人体虚拟内镜的发展和应用研究》一文中，介绍了虚拟内窥镜技术的特点和主要应用。在人体内处于自然或排空状态下的空腔性脏器，如结肠、膀胱等，很多地方会呈瘪缩状态，这样会影响虚拟内窥镜技术的重建及可视化。在此文中，解决这一问题的方法是在进行CT或MRI检查时对结肠进行实际充气。这个方法的不足在于对于某些不能进行充气的脏器如膀胱或血管等则无能为力，有局限性；充气的过程会对患者带来不适。
发明内容
本发明针对现有的虚拟内窥镜技术对呈瘪缩状态的空腔性脏器进行可视化重建方面的不足，提出了一种用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，使得在对需采取虚拟内窥镜诊断的病人进行CT或MRI检查前，无需对病人的脏器进行实际充气，减少病人的痛苦。同时，对于原来无法实际充气的脏器，也可进行虚拟充气，从而获得较好的内窥可视化效果。
本发明是通过以下技术方法实现的，本发明对已经获取并分割好的空腔性脏器的体数据，首先找出整个脏器的中心骨架，再根据各个脏器的不同情况建立约束条件，然后令这个脏器在保持满足这些约束条件的情况下，将其进行图像变形，使得该脏器的总体积取得最大值。这一变形后体积取得最大值的图像即为虚拟充气后的脏器图像。
所述的已经获取并分割好的空腔性脏器的体数据，是指将CT或MRI等方法所获得的人体医学数据进行三维重建，并分割出所需的脏器图像体数据。
所述的找出整个脏器的中心骨架，是指将此脏器三维体数据，采用拓扑学细化或距离变换的方法，找出这个脏器的中心骨架。
所述的建立约束条件，是指为该脏器的图像建立一些其在以后的变形操作中必须始终满足的条件，包括中心骨架不变、特征截面的特征周长不变、特征表面积不变。
所述的特征截面的特征周长，是指在该脏器的三维体数据中，按照不同的需要找出同中心骨架相垂直且对该脏器的解剖结构起着重要作用的截面。然后再计算出每一个截面经过必要的滤波处理后的周长。
所述的找出同中心骨架相垂直且对该脏器的解剖结构起着重要作用的截面，是指沿着中心骨架，每隔一定的距离取出一个与之垂直的截面，或者根据该脏器的解剖结构，在对脏器的解剖形态起着非弹性限制的区域，如结肠袋之间的横沟处、有韧带包裹的区域等，取出截面。
所述的特征表面积，是指根据特征截面将脏器分为几部分，然后计算出各个部分经过必要的滤波处理后所得到的表面积。
所述的将其进行图像变形，使得该脏器的总体积取得最大值，是指采取直接计算或逐步迭代的方法，求出该脏器进行虚拟充气后的三维图像。这一图像必须满足所有约束条件且体积取得最大值。
本发明应用以上方法，实现了对空腔性脏器的虚拟充气膨胀。这个方法的优势在于(1)提高对空腔性进行虚拟内窥及其他可视化方法的效果，增大视野，提高诊断效果。(2)对于体内一些无法进行真实充气或很难实现真实充气的脏器，如膀胱、血管等，也能获得充气膨胀后的效果。(3)避免了临床中真实的充气过程，减少病人的痛苦。
具体实施例方式
本发明方法具体步骤如下(1)读入原始医学CT或MRI数据并进行三维重建。(2)进行数据分割，得到感兴趣的管道性脏器部分。(3)求出中心骨架。(4)求出与中心骨架垂直的部分特征截面并求出其特征周长。(5)求出脏器的特征表面积。(6)进行图像变形，使得图像符合约束条件又取得最大体积。以下结合一个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
该实施例采用未对结肠进行充气处理的人体下腹部CT切片数据作为样本，以期获得虚拟充气后的结肠数据。整个发明过程的实现过程如下1.读入人体下腹部CT数据，并将这些连续的切片序列重建成一个三维体数据。
2.对体数据进行分割，采用区域生长的算法，得到结肠空腔的三维二值化体数据。
3.利用形态学细化的方法，得到结肠的骨架，并对骨架进行必要的平滑滤波处理，得到最后的中心骨架。
4.从中心骨架的顶点开始，找出一系列与骨架相垂直的截面。这些截面都位于结肠各个结肠袋之间的横沟处。然后计算出每一个截面的周长。
5.利用截面将结肠分割为不同的小结肠段，然后计算出每一个小结肠段的表面面积。
6.保持中心骨架不变、截面周长不变、每部分的表面积不变，分别令各个小结肠段进行图像变形，使得每个小结肠段的体积都取得最大值。然后将变形后的小结肠段重新组合在一起，即可得到虚拟充气后的结肠三维图像体数据。
这样的实施方式，可以使原本并未充过气的结肠模拟了充气的过程，呈鼓胀状态，从而使得在进一步的可视化操作中增大视野，提高可视化效果。
权利要求
1.一种用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征在于，对已经获取并分割好的空腔性脏器的体数据，首先找出整个脏器的中心骨架，再根据各个脏器的情况建立约束条件，然后令这个脏器在保持满足这些约束条件的情况下，将其进行图像变形，使得该脏器的总体积取得最大值，这一变形后体积取得最大值的图像就是虚拟充气后的脏器图像。
2.根据权利要求1所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的已经获取并分割好的空腔性脏器的体数据，是指将CT或MRI方法所获得的人体医学数据进行三维重建，并分割出所需的脏器图像体数据。
3.根据权利要求1所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的找出整个脏器的中心骨架，是指将此脏器三维体数据，采用拓扑学细化或距离变换的方法，找出这个脏器的中心骨架。
4.根据权利要求1所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的建立约束条件，是指为该脏器的图像建立其在以后的变形操作中必须始终满足的条件，包括中心骨架不变、特征截面的特征周长不变、特征表面积不变。
5.根据权利要求4所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的特征截面的特征周长，是指在该脏器的三维体数据中，按照需要找出同中心骨架相垂直且对该脏器的解剖结构起着重要作用的截面，然后再计算出每一个截面经过滤波处理后的周长。
6.根据权利要求5所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的找出同中心骨架相垂直且对该脏器的解剖结构起着重要作用的截面，是指沿着中心骨架，每隔一定的距离取出一个与之垂直的截面，或者根据该脏器的解剖结构，在对脏器的解剖形态起着非弹性限制的区域，包括结肠袋之间的横沟处、有韧带包裹的区域，取出截面。
7.根据权利要求4所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的特征表面积，是指根据特征截面将脏器分为几部分，然后计算出各个部分经过滤波处理后所得到的表面积。
8.根据权利要求1所述的用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，其特征是，所述的将其进行图像变形，使得该脏器的总体积取得最大值，是指采取直接计算或逐步迭代的方法，求出该脏器进行虚拟充气后的三维图像，这一图像必须满足所有约束条件且体积取得最大值。
全文摘要
一种用虚拟充气改进空腔性脏器可视化效果的方法，属于图像处理技术领域。本发明对已经获取并分割好的空腔性脏器的体数据，首先找出整个脏器的中心骨架，再根据各个脏器的情况建立约束条件，然后令这个脏器在保持满足这些约束条件的情况下，将其进行图像变形，使得该脏器的总体积取得最大值，这一变形后体积取得最大值的图像就是虚拟充气后的脏器图像。本发明优势在于提高对空腔性进行虚拟内窥及其他可视化方法的效果，增大视野，提高诊断效果；对于体内一些无法进行真实充气或很难实现真实充气的脏器，也能获得充气膨胀后的效果；避免了临床中真实的充气过程，减少病人的痛苦。
文档编号G06T5/00GK1903133SQ20061002968
公开日2007年1月31日 申请日期2006年8月3日 优先权日2006年8月3日
发明者赵俊, 曹立基 申请人:上海交通大学