本發(fā)明涉及一種醫(yī)學影像處理系統(tǒng)，特別涉及一種醫(yī)學影像三維可視化系統(tǒng)。

背景技術：

隨著現(xiàn)代醫(yī)學成像技術的發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療設備可以幫助醫(yī)生不通過手術就能夠對患者的內部器官或組織病變做出診斷。計算機x光斷層掃描(computedtomographyct)、磁共振成像(magneticresonancemr)可以產(chǎn)生出代表人體內部器官信息的數(shù)據(jù)。但是，這些數(shù)據(jù)往往不是以連續(xù)的三維形式給出的，它們形成的只是一系列的組織或器官的斷面，因此只有經(jīng)驗豐富的醫(yī)生才能夠正確的重構出病人的內部器官和組織，這給診斷帶來了很大的主觀性。

虛擬內窺鏡(virtualendoscopy,ve)技術是隨著醫(yī)學影像技術計算機圖像圖形學及虛擬現(xiàn)實等學科的交叉與融合而逐步形成的一種獨特的技術，是傳統(tǒng)內窺鏡技術的一種延伸，其主要是采用虛擬現(xiàn)實技術，涉及計算機圖形學、科學計算可視化和醫(yī)學影像等多個領域。虛擬內窺鏡基于上述二維醫(yī)學影像數(shù)據(jù)直接重建出人體管狀或帶腔器官(如胃腸道、呼吸道、血管等器官)的三維實體模型，然后模擬傳統(tǒng)的內窺鏡在虛擬3d內部空腔組織進行漫游觀察，也可以用交互的方式在器官結構內部進行成像和檢查，從而清晰地顯示出人體器官和組織的復雜特征和整個空間定位關系，有助于醫(yī)生做出正確的診斷。它無需向病人體內插入異物，極大地減輕了病人的痛苦，同時還能對常規(guī)內窺鏡無法檢查的區(qū)域進行檢查，在醫(yī)療診斷及手術上有著重要的意義。通過虛擬內窺鏡技術，內科醫(yī)生可以獲得更佳的影像化的解剖圖，以全新的視角觀察人體內部結構，如結腸、支氣管、血管及其他器官。

虛擬內窺鏡通過圖像重建，計算機顯示連續(xù)的空腔器官內腔結構視圖，用戶可以沿一定路徑在這個虛擬的內部空腔做漫游觀察，模擬傳統(tǒng)的內窺鏡檢查過程，所看到的景象與用視頻內窺鏡觀察到的一樣，甚至還可以顯示解剖結構的三維外觀圖像以及各個方位的切片圖像。除此之外，虛擬內窺鏡還可以提供傳統(tǒng)的內窺鏡所不具備的對視向、視角、視野、轉換、照明等的觀測、控制和選擇功能，其視覺反饋定位和導航系統(tǒng)能確定操作者相對于實際的解剖結構的距離和位置。

至今，虛擬內窺鏡技術仍處于初期臨床實驗階段，目前的應用僅局限于教學、培訓和設計治療方案等少數(shù)領域，且處于初級研究階段，但隨著計算機和醫(yī)學成像技術的飛速發(fā)展，虛擬內窺鏡研究不僅有重要的理論意義，而且有著廣闊的應用前景。

如中國專利申請公開第200910048616.5號揭示的一種三維心臟超聲虛擬內窺鏡系統(tǒng)，包含：數(shù)據(jù)采集單元，通過超聲對心臟進行二維圖像數(shù)據(jù)采集；圖像預處理單元，對采集到的二維圖像數(shù)據(jù)進行濾波處理和圖像分割；三維視圖重建單元，對經(jīng)過預處理的圖像數(shù)據(jù)進行三維視圖重建；導航單元，設置一虛擬內窺鏡視點，并允許該虛擬內窺鏡視點在重建的三維視圖中進行任意角度的觀察；以及測量單元，對所觀察的特定部位的數(shù)據(jù)進行測量和分析。然而，該專利申請的虛擬內窺鏡系統(tǒng)僅僅是針對心臟超聲重建，不適合對器官組織進行多深度、多角度的觀察，不適合廣泛推廣應用。

又如中國專利申請公開第201010575814.x號揭示的一種虛擬內窺鏡成像的數(shù)據(jù)處理方法，在該方法中，通過ct、mri對人體進行掃描獲得的成像數(shù)據(jù)，對圖像進行分割，分離需要觀察的圖像，在此基礎上運用遞進網(wǎng)格算法進行三維重建，得到觀察對象的空間數(shù)據(jù)。然而，該專利申請中公開的數(shù)據(jù)處理方法并未揭示虛擬內窺鏡系統(tǒng)的整體組成和運行。

因此，提供一種能夠對任意器官或組織進行檢查，操作靈活、視覺逼真性高的虛擬內窺鏡系統(tǒng)成為業(yè)內急需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用ct數(shù)據(jù)的具有高真實性及逼真性的基于ct圖像的虛擬內窺鏡系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于ct圖像的虛擬內窺鏡系統(tǒng)，其包括：圖像采集模塊，圖像采集模塊用于接收若干幅ct圖像；圖像處理模塊，圖像處理模塊與圖像采集模塊通信連接，圖像處理模塊用于對圖像采集模塊傳輸?shù)娜舾煞鵦t圖像中的每幅ct圖像進行平滑處理及邊界處理；三維變換模塊，三維變換模塊與圖像處理模塊通信連接，三維變換模塊用于將經(jīng)圖像處理模塊處理后的每幅ct圖像進行表面重建以得到特定三維圖像；中心線提取模塊，中心線提取模塊與三維變換模塊通信連接，中心線提取模塊用于提取特定三維圖像的中心線；以及漫游模塊，漫游模塊與三維變換模塊及中心線提取模塊通信連接，漫游模塊用于控制虛擬相機于特定三維圖像中以中心線為視點移動的軌跡進行漫游。

其中，本發(fā)明的虛擬內窺鏡系統(tǒng)可用于任意器官或組織，優(yōu)選地用于肝臟、腎臟或腸胃等器官或組織，特別地如直腸。

可選擇地，每幅ct圖像為來自特定器官取自不同截面的dicom格式的ct圖像。

可選擇地，圖像處理模塊包括通信連接的圖像預處理單元及輪廓提取單元，其中，圖像預處理單元用于對每幅ct圖像進行圖像平滑處理及圖像增強處理；輪廓提取單元用于檢測經(jīng)圖像預處理單元處理后的每幅ct圖像的輪廓邊緣并提取目標輪廓線。

可選擇地，圖像預處理單元包括通信連接的圖像平滑子單元及圖像增強子單元，其中，圖像平滑子單元用于對每幅ct圖像的像素灰度值直接進行運算處理以濾除每幅ct圖像中的噪聲；圖像增強子單元用于對經(jīng)圖像平滑子單元處理后的每幅ct圖像進行尖銳化增強處理以增加每幅ct圖像的邊緣鮮明度

可選擇地，輪廓提取單元包括依次通信連接的輪廓定位子單元、分割子單元、邊界檢測子單元、及邊界確定單元，其中，輪廓定位子單元通過體積和灰度自動定位出每幅ct圖像中的特定器官的邊界位置，分割子單元通過b樣條彈性配準每幅ct圖像，利用自適應對每幅ct圖像進行分割以得到分割部分圖像，邊界檢測子單元通過微分算子法考察分割部分圖像中的每個像素在任意鄰域內灰度的變化，根據(jù)每個像素任意鄰域一階和/或二階方向導數(shù)變化定位出目標輪廓邊界點，邊界確定單元通過依次搜索相鄰的目標輪廓邊界點并進行依次連接以獲得確定的目標輪廓線。

可選擇地，三維變換模塊包括依次通信連接的輪廓匹配單元、輪廓拼接處理單元、輪廓插值單元、以及曲面擬合單元，其中，輪廓匹配單元用于在由邊界確定單元確定的目標輪廓線圈定的若干個截面輪廓內，尋找不同的截面輪廓之間的順序關系并進行匹配；輪廓拼接處理單元通過采用三角面片法構造至少三個不同的截面輪廓之間的表面以得到醫(yī)學二維斷層圖像；輪廓插值單元用于在相鄰的醫(yī)學二維斷層圖像之間進行插值以實現(xiàn)各層的醫(yī)學二維斷層圖像間結構的過渡；曲面擬合單元用于對相鄰的醫(yī)學二維斷層圖像之間的曲面進行平滑，并對若個層的醫(yī)學二維斷層圖像進行擬合形成最終重建曲面以得到特定三維ct圖像。

可選擇地，中心線提取模塊包括：依次通信連接的邊界距離場建立單元、中心路徑初步確認單元及中心點處理單元，其中，邊界距離場建立單元用于在特定三維ct圖像中建立相應的邊界距離場；中心路徑初步確認單元用于根據(jù)邊界距離場得到若干個初始中心路徑點；中心路徑點處理單元用于將相鄰的初始中心路徑點依次連接形成中心路徑。

可選擇地，邊界距離場建立單元包括：通信連接的體素點分類子單元及體素點賦值子單元，其中，體素點分類子單元用于將目標體素點分為若干個邊界體素點、內部體素點和背景體素點；體素點賦值子單元用于對邊界體素點、內部體素點和背景體素點進行賦值。

可選擇地，中心路徑初步確認單元在獲得初始中心路徑點后，依次對全部初始中心路徑點進行可視性檢查得到中心點。

可選擇地，漫游模塊包括投影變換單元及參數(shù)輸入單元，其中，投影變換單元用于在特定三維圖像中建立三維圖像數(shù)據(jù)坐標系、虛擬相機坐標系及像平面坐標系，參數(shù)輸入單元用于設定起始點參數(shù)、終止點參數(shù)、及原點參數(shù)以控制虛擬相機根據(jù)參數(shù)沿著中心路徑進行漫游。

可選擇地，虛擬相機的漫游方式分為自動漫游、手動漫游和引導式漫游，虛擬相機漫游經(jīng)過中心線路徑保存于系統(tǒng)內并進行連續(xù)回放。優(yōu)選地，虛擬相機的漫游方式為引導式漫游。

其中，引導式漫游是由用戶設定漫游的起點和終點，系統(tǒng)根據(jù)器官模型和用戶設定的信息完成漫游的一種半自動漫游方式。采用引導式漫游時，虛擬相機可以自動地沿著事先計算好的路徑從起始點移動到目標點，同時觀察者可以在任何時候校正相機位置和方向。

本發(fā)明的有益效果是：(1)、擴大了檢查范圍，能夠對任意器官或組織進行檢查，大大降低了檢查難度，并能夠減少意外事故的發(fā)生；(2)、操控靈活，用戶可以任意調整觀察的位置、視角方向、視圖的大小、視圖間的快速切換等，實現(xiàn)不同的觀察效果，幾乎可以觀察器官內任意部位；(3)、提高了內窺場景的真實性和視覺逼真性，并且得到掃描數(shù)據(jù)后，可以多次使用；(4)、為用戶提供逼真的三維醫(yī)學圖像，對器官組織進行多深度、多角度的觀察，并可以有效參與數(shù)據(jù)的處理和分析過程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于ct圖像的虛擬內窺鏡系統(tǒng)的構造示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

請參照圖1，作為一種非限制性實施方式，本發(fā)明的基于ct圖像的虛擬內窺鏡系統(tǒng)包括：圖像采集模塊100、圖像處理模塊200、三維變換模塊300、中心線提取模塊400以及漫游模塊500。

圖像采集模塊100接收為來自特定器官取自不同截面的dicom格式的ct圖像。

圖像處理模塊200包括圖像預處理單元210及輪廓提取單元220。具體來講，圖像預處理單元210包括圖像平滑子單元2101及圖像增強子單元2102。其中，圖像平滑子單元2101對每幅ct圖像的像素灰度值直接進行運算處理，從而濾除每幅ct圖像中的噪聲。而圖像增強子單元2102則對經(jīng)圖像平滑子單元2101處理后的每幅ct圖像進行尖銳化增強處理，從而增加每幅ct圖像的邊緣鮮明度。輪廓提取單元220則包括輪廓定位子單元2201、分割子單元2202、邊界檢測子單元2203、及邊界確定單元2204。其中，利用輪廓定位子單元2201定位出每幅ct圖像中的特定器官的邊界位置。分割子單元2202對每幅ct圖像進行分割，從而得到若干個分割部分圖像。邊界檢測子單元2203對若干個分割部分圖像中的每個分割部分圖像的目標輪廓邊界點進行定位。邊界確定單元2204則可以通過依次搜索相鄰的目標輪廓邊界點并進行連接，從而獲得確定的目標輪廓線。

三維變換模塊300包括輪廓匹配單元310、輪廓拼接處理單元320、輪廓插值單元330以及曲面擬合單元340。具體來講，輪廓匹配單元310可在由邊界確定單元2204確定的目標輪廓線圈定的若干個截面輪廓內，尋找不同的截面輪廓之間的順序關系并進行匹配。輪廓拼接處理單元320用于構造至少三個不同的截面輪廓之間的表面，從而得到若干層的醫(yī)學二維斷層圖像。輪廓插值單元330則在相鄰的醫(yī)學二維斷層圖像之間進行插值，實現(xiàn)各層的醫(yī)學二維斷層圖像間結構的過渡。曲面擬合單元340對相鄰的醫(yī)學二維斷層圖像之間的曲面進行平滑，并對若個層的醫(yī)學二維斷層圖像進行擬合形成最終重建曲面，從而得到特定三維ct圖像。

中心線提取模塊400包括邊界距離場建立單元410、中心路徑初步確認單元420及中心點處理單元430。

具體來講，邊界距離場建立單元410包括體素點分類子單元4101及體素點賦值子單元4102，其中，體素點分類子單元4101用于將目標體素點分為若干個邊界體素點、內部體素點和背景體素點，體素點賦值子單元4102則對邊界體素點、內部體素點和背景體素點進行賦值，所有的背景體素點的邊界距離賦值為0，所有的邊界體素點的邊界距離賦值為1，而剩余的內部體素點的邊界距離則賦值為∞。

中心路徑初步確認單元420用于根據(jù)邊界距離場得到若干個初始中心路徑點，其在獲得初始中心路徑點后，依次對全部初始中心路徑點進行可視性檢查得到中心點。中心路徑點處理單元430則將相鄰的初始中心路徑點依次連接形成中心路徑。

漫游模塊500包括投影變換單元510及參數(shù)輸入單元520，其中，投影變換單元510用于在特定三維圖像中建立三維圖像數(shù)據(jù)坐標系、虛擬相機坐標系及像平面坐標系。利用參數(shù)輸入單元520設定起始點參數(shù)、終止點參數(shù)、及原點參數(shù)，從而可以控制虛擬相機根據(jù)參數(shù)沿著中心路徑進行漫游。

由此，用戶可以將ct圖像輸入本發(fā)明的基于ct圖像的虛擬內窺鏡系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動的將ct圖像轉換為對應的三維立體圖像，同時對應地生成三維立體圖像中的中心線，以該中心線作為移動的軌跡，引導虛擬相機沿其漫游，實現(xiàn)了逼真的三維醫(yī)學圖像，同時可對器官組織進行多深度、多角度的觀察。

盡管在此已詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但要理解的是本發(fā)明并不局限于這里詳細描述和示出的具體結構和步驟，在不偏離本發(fā)明的實質和范圍的情況下可由本領域的技術人員實現(xiàn)其它的變型和變體。此外，本發(fā)明中的溫度、濃度或時間等參數(shù)可以根據(jù)具體使用條件在本發(fā)明所公開的范圍內適當選取。