本發(fā)明涉及一種人體胸部器官組織的自動(dòng)提取方法，屬于醫(yī)學(xué)圖像處理
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：近20年，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備迅猛發(fā)展，各醫(yī)療機(jī)構(gòu)每天都要產(chǎn)生海量的醫(yī)學(xué)影像資料，計(jì)算機(jī)斷層掃描(computedtomography，CT)，磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)等成像技術(shù)已成為觀察器官組織的重要手段。醫(yī)學(xué)圖像處理的結(jié)果使科研人員和臨床醫(yī)生直觀清晰的觀察人體內(nèi)部正常和病變位置。因此，國內(nèi)外相關(guān)專家一直非常重視醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，而醫(yī)學(xué)圖像分割是圖像處理技術(shù)中的經(jīng)典難題?，F(xiàn)有的圖像分割技術(shù)存在不夠清晰，致使器官組織的邊界不平滑，影響科研人員和臨床醫(yī)生的觀察。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決的現(xiàn)有的圖像分割技術(shù)不夠清晰，致使器官組織的邊界不平滑，影響科研人員和臨床醫(yī)生的觀察的問題，進(jìn)而提供了一種人體胸部器官組織的自動(dòng)提取方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種人體胸部器官組織的自動(dòng)提取方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過程為：步驟一、讀取一個(gè)序列的三維斷層掃描圖像；步驟二、利用最小二乘橢圓擬合算法對序列中每張圖像進(jìn)行擬合初步分割處理，去掉胸骨以外部分，保留胸骨以內(nèi)部分；步驟三、去除胸骨以內(nèi)部分的圖像噪聲并再次進(jìn)行分割處理，去掉不必要的軟組織，得到胸骨以內(nèi)的包括氣管、血管的感興趣區(qū)域；步驟四、進(jìn)行體繪制，得到三維重建結(jié)果；步驟五、根據(jù)體繪制結(jié)果進(jìn)行面繪制；步驟六、將面繪制結(jié)果保存為3D模型格式文件，用于3D打印。在步驟二中，利用最小二乘橢圓擬合算法對序列中每張圖像進(jìn)行擬合初步分割處理，具體過程如下：1)輸入胸骨內(nèi)測邊緣待擬合的二維離散點(diǎn)的坐標(biāo)，帶入公式(3)求出系數(shù)矩陣B；2)對系數(shù)矩陣B采用QR分解得到包含R11，R12，R22的矩陣；3)對矩陣R22采用奇異值分解R22＝U∑VT；4)根據(jù)R11，R12和由奇異值分解的V確定最后擬合的橢圓；B=x1y11x122x1y1y12..................xmym1xm22xmymym2---(3).]]>在步驟三中，應(yīng)用3DTV-L1模型去除胸骨以內(nèi)部分的圖像噪聲并再次進(jìn)行分割處理，其過程如下：1)輸入三維CT體數(shù)據(jù)f，初始化v0＝f,ξ0＝0,andu0＝0,2)開始迭代，k＝0,1,2,3…；3)采用計(jì)算對偶變量ξ；4)采用計(jì)算主變量uu；5)采用Uk+1＝uk+1+α(uk+1-uk)計(jì)算差值變量U；6)采用廣義軟閾值公式計(jì)算v；7)直到滿足收斂條件。在步驟四中進(jìn)行體繪制后，可手動(dòng)交互分割，手動(dòng)選取不需要的區(qū)域進(jìn)行刪除處理。在步驟五中，應(yīng)用MC(marchingcube)算法進(jìn)行面繪制，得到三維重建結(jié)果。在步驟六中，將面繪制結(jié)果保存為stl格式的3D模型格式文件，用于3D打印。在步驟一中所述的三維斷層掃描圖像采用CT或合磁共振(MRI)設(shè)備獲得。在步驟一中所述的三維斷層掃描圖像的格式為dicom、bmp或jpg。發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明依據(jù)醫(yī)學(xué)圖像，重建組織結(jié)構(gòu)三維模型，實(shí)現(xiàn)對模型的旋轉(zhuǎn)、縮放、切割等基本交互操作。解決了圖像分割不夠清晰的問題，通過改善的TV-L1模型來平滑圖像。本發(fā)明用橢圓擬合方法擬合CT數(shù)據(jù)后，將感興趣的部分進(jìn)行初步分割，然后應(yīng)用3DTV-L1模型進(jìn)行去噪平滑后進(jìn)行二次分割，達(dá)到平滑體積的效果，最后給出一個(gè)明確的三維體繪制結(jié)果，大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本發(fā)明方法圖像分割清晰、邊界平滑的性能。本發(fā)明用于醫(yī)學(xué)圖像分割，把圖像中的解剖結(jié)構(gòu)或者感興趣區(qū)域勾畫出來，醫(yī)學(xué)圖像分割對三維可視化、三維定位、制定手術(shù)計(jì)劃和計(jì)算機(jī)輔助診斷具有重要的意義。自動(dòng)分割方法完全避免了觀察者主觀因素的影響，提高了處理數(shù)據(jù)的速度，可重復(fù)性好。附圖說明圖1是本發(fā)明的自動(dòng)提取方法的流程圖；圖2至圖5是自動(dòng)提取過程圖；圖2中的a、b、c、d是讀取相鄰序列的四張三維斷層掃描圖像；圖3中的a、b、c、d是對圖2中的四張三維斷層掃描圖像分別進(jìn)行初步分割并去噪后的四張三維斷層掃描圖像；圖4中的a、b、c、d是對圖3中的四張三維斷層掃描圖像分別應(yīng)用3DTV-L1模型進(jìn)行去噪后的四張三維斷層掃描圖像；圖5中的a、b、c、d是對圖4中的四張三維斷層掃描圖像分別應(yīng)用3DTV-L1模型進(jìn)行二次分割后的四張三維斷層掃描圖像；圖6中的a、b、c是進(jìn)行體繪制后的三個(gè)不同角度的立體圖；圖7中的a、b、c是進(jìn)行面繪制后的三個(gè)不同角度的立體圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中的附圖，圖中，a為CT數(shù)據(jù)圖，b為三維重建結(jié)果圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例2中的附圖，圖中，a為CT數(shù)據(jù)圖，b為三維重建結(jié)果圖，c為3D打印結(jié)果圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：參見圖1、圖2至圖7說明本實(shí)施方式，如圖2至圖7所示：圖2為原始CT圖像；圖3為應(yīng)用最小二乘橢圓擬合算法分割后的結(jié)果；圖4為應(yīng)用3DTV-L1算法去噪平滑的結(jié)果；圖5為應(yīng)用3DTV-L1算法二次分割的結(jié)果；圖6為三維體繪制結(jié)果；圖7為三維面繪制結(jié)果。本實(shí)施方式所述的人體胸部器官組織的自動(dòng)提取方法的實(shí)現(xiàn)過程為：步驟一、讀取一個(gè)序列的三維斷層掃描圖像；步驟二、利用最小二乘橢圓擬合算法對序列中每張圖像進(jìn)行擬合初步分割處理，去掉胸骨以外部分，保留胸骨以內(nèi)部分；將橢圓擬合的方法應(yīng)用到二維序列中，可以有效的分割出想要的部位；步驟三、去除胸骨以內(nèi)部分的圖像噪聲并再次進(jìn)行分割處理，去掉不必要的軟組織，得到胸骨以內(nèi)的包括氣管、血管的感興趣區(qū)域；步驟四、進(jìn)行體繪制，得到三維重建結(jié)果；步驟五、根據(jù)體繪制結(jié)果進(jìn)行面繪制；步驟六、將面繪制結(jié)果保存為3D模型格式文件，用于3D打印。利用3DTV-L1進(jìn)行圖像去噪和復(fù)原，得到清晰的三維體繪制結(jié)果。本實(shí)施方式在步驟二中所述的橢圓擬合的方法，具有三個(gè)元素，即二次曲線，參數(shù)，和焦距。一個(gè)二次曲線的表達(dá)式的描述由以下的隱式二階多項(xiàng)式來表達(dá)：F(x,y)＝a11x2+2a12xy+a22y2+b1x+b2y+c＝0(1)方程(1)轉(zhuǎn)化為如下二次型xTAx+bTx+c≈0(2)在這里x＝(x,y)T,b＝(b1,b2)T.為了保證式(2)是一個(gè)橢圓，要求v＝(b1,b2,c)Tw=(a11,2a12,a22)T]]>約束||w||＝1，此外，我們定義以下系數(shù)矩陣BB=x1y11x122x1y1y12..................xmym1xm22xmymym2---(3)]]>強(qiáng)制約束||w||＝1，B的分解QR完成，之后導(dǎo)致了以下等效系統(tǒng)R11R120R22vw≈0---(4)]]>解以下兩個(gè)方程R22w≈0w||＝1分解R22，得到R22＝U∑VT把w替換成(4)，由下面的公式解決v中其余變量v＝-R11-1R12w確定v和w就可以確定一個(gè)精確的橢圓。在步驟三中，應(yīng)用3DTV-L1模型去除胸骨以內(nèi)部分的圖像噪聲并再次進(jìn)行分割處理，其過程如下：1)輸入三維CT體數(shù)據(jù)f，初始化v0＝f,ξ0＝0,andu0＝0,2)開始迭代，k＝0,1,2,3…；3)采用計(jì)算對偶變量ξ；4)采用計(jì)算主變量uu；5)采用Uk+1＝uk+1+α(uk+1-uk)計(jì)算差值變量U；6)采用廣義軟閾值公式計(jì)算v；7)直到滿足收斂條件。本實(shí)施方式中步驟二和三中采用的算法均為現(xiàn)有技術(shù)中的算法，其對應(yīng)的參數(shù)含義是公知常識。具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式，在步驟四中進(jìn)行體繪制后，可手動(dòng)交互分割，手動(dòng)選取不需要的區(qū)域進(jìn)行刪除處理。其它步驟與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式，在步驟五中，應(yīng)用MC(marchingcube)算法進(jìn)行面繪制，得到三維重建結(jié)果。其它步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式，在步驟六中，將面繪制結(jié)果保存為stl格式的3D模型格式文件，用于3D打印。其它步驟與具體實(shí)施方式一、二或三相同。具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式，在步驟一中所述的三維斷層掃描圖像采用CT或合磁共振(MRI)設(shè)備獲得。其它步驟與具體實(shí)施方式一、二、三或四相同。具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式，在步驟一中所述的三維斷層掃描圖像的格式為dicom、bmp或jpg。其它步驟與具體實(shí)施方式一、二、三、四或五相同。本發(fā)明方法的實(shí)施例：實(shí)施例1：肺部腫瘤-國內(nèi)首例利用3D打印技術(shù)完成復(fù)雜肺門腫瘤手術(shù)：案例介紹(完成時(shí)間：2015年7月16日；合作單位：哈醫(yī)大四院胸外科)：肺門腫瘤位于肺的根部，常規(guī)CT很難分清肺門腫瘤與周圍血管的關(guān)系，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、失血較多。打印3D肺部模型后，可清晰明確腫瘤真實(shí)位置以及腫瘤與周圍血管的關(guān)系，可以更精確地手術(shù)。從3D模型中醫(yī)生還發(fā)現(xiàn)劉大媽的血管是畸形的。這根血管一般人沒有，而劉大媽恰恰在左側(cè)胸腔內(nèi)存在著一條從左側(cè)鎖骨下動(dòng)脈分支出的一條粗大血管，如果不注意，手術(shù)中可能誤傷。如圖8所示。實(shí)施例2：肺部腫瘤-肺段局部精準(zhǔn)切除手術(shù)：案例介紹(完成時(shí)間：2015年7月；合作單位：哈醫(yī)大四院胸外科)：該案例將一個(gè)大開胸手術(shù)變成了一個(gè)微創(chuàng)手術(shù)，在3D打印實(shí)體模型的指導(dǎo)下進(jìn)行了肺段局部精準(zhǔn)切除手術(shù)。縮短了手術(shù)時(shí)間，降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，盡最大可能保留了患者的肺部組織。如圖9所示。當(dāng)前第1頁1 2 3