一種基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于斷層影像重建的人體器官表面 地圖化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 斷層影像主要包括CT、MRI等，目前斷層影像已被廣泛應(yīng)用在器官形態(tài)學(xué)研宄領(lǐng) 域。斷層影像的處理方法有圖像分割、形態(tài)學(xué)處理、三維成像等。通過圖像處理和形態(tài)測(cè)量， 可以分析被檢測(cè)物隨時(shí)間的變化，例如人體器官的生長(zhǎng)、發(fā)育和衰老等形態(tài)學(xué)研宄。
[0003] 目前通過CT斷層掃描等方式得到的斷層影像均為三維影像，在進(jìn)行觀看和分析 時(shí)不夠直觀。同時(shí)，在與之前所拍攝的影像進(jìn)行比對(duì)時(shí)，也不易發(fā)現(xiàn)差別。
[0004] 因此，尋求一種更直觀的斷層影像顯示方法具有重要的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于斷層影像重建 的人體器官表面地圖化方法，該方法可以將通過CT斷層掃描得到的器官的三維圖像轉(zhuǎn)換 為二維圖像，即將其表面進(jìn)行地圖化，從而便于觀察和分析，具有更直觀、更形象的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于斷層影像重建的人體器官表面 地圖化方法，對(duì)器官進(jìn)行CT掃描后，得到器官的三維圖像，對(duì)此三維圖像進(jìn)行定位、斷層重 建；對(duì)每一幅斷層圖像進(jìn)行邊界提取，得到整個(gè)器官的三維表面圖像；由器官的慣量主軸 確定剪開線，以此剪開線剪開斷層影像的邊界；然后定義一個(gè)海平面作為基線，沿基線展開 斷層影像邊界，構(gòu)成器官表面地圖；最后以基線為水平直線，器官斷層邊界相對(duì)水平直線的 距離形成等高線，構(gòu)成器官表面的網(wǎng)格圖形。
[0007] 具體包括以下步驟：
[0008] (1)重建：對(duì)器官進(jìn)行CT斷層掃描，由幾何變換尋找器官的慣量主軸，把器官的慣 量主軸作為器官的本體坐標(biāo)，然后進(jìn)行斷層重建；
[0009] (2)邊界提取：對(duì)于重建后器官的每個(gè)斷層圖像，提取其斷層邊界以獲取器官表 面信息；
[0010] (3)確定剪開線：確定器官最小軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)應(yīng)的最小慣量主軸以及最大軸轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量對(duì)應(yīng)的最大慣量主軸，將這兩個(gè)慣量主軸形成的平面與重建后器官表面形成的切割線 作為器官的本初子午線，以該本初子午線作為器官表面展開的剪開線；
[0011] (4)確定基線：沿步驟（3)所述的剪開線將斷層剪開、排序，確定該斷層圖像上垂 直于最小慣量主軸或者最大慣量主軸的斷層邊界的平均半徑，建立一個(gè)圓心在質(zhì)心上、半 徑為上述平均半徑的圓，以此圓周作為斷層邊界的海平面，以海平面為基線，實(shí)現(xiàn)斷層邊界 的展開，得到器官表面地圖；
[0012] (5)攤平：以基線為水平直線，以器官斷層邊界相對(duì)海平面的距離形成等高線；
[0013] (6)所有斷層圖像均按照步驟（5)處理后，組成有等高線標(biāo)志的器官表面網(wǎng)格圖 形。
[0014] 具體的，所述步驟（1)中，當(dāng)器官被數(shù)字化后，器官就是由具有位置和密度的體微 元（包含位置和密度兩個(gè)物理量的對(duì)象）組成的集合，某一位置坐標(biāo)相同的體微元的集合 即為斷層（兩個(gè)位置坐標(biāo)相同的體微元的集合即為軸），那么器官斷層的重建就是體微元 位置坐標(biāo)的變換。采用如下方法進(jìn)行斷層重建：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在于，對(duì)器官進(jìn)行CT掃 描后，得到器官的三維圖像，對(duì)此三維圖像進(jìn)行定位、斷層重建；對(duì)每一幅斷層圖像進(jìn)行邊 界提取，得到整個(gè)器官的三維表面圖像；由器官的慣量主軸確定剪開線，以此剪開線剪開斷 層影像的邊界；然后定義一個(gè)海平面作為基線，沿基線展開斷層影像邊界，構(gòu)成器官表面地 圖；最后以基線為水平直線，器官斷層邊界相對(duì)水平直線的距離形成等高線，構(gòu)成器官表面 的網(wǎng)格圖形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，包括以下步 驟： (1) 重建：對(duì)器官進(jìn)行CT斷層掃描，由幾何變換尋找器官的慣量主軸，把器官的慣量主 軸作為器官的本體坐標(biāo)，然后進(jìn)行斷層重建； (2) 邊界提?。簩?duì)于重建后器官的每個(gè)斷層圖像，提取其斷層邊界以獲取器官表面信 息； (3) 確定剪開線：確定器官最小軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)應(yīng)的最小慣量主軸以及最大軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 對(duì)應(yīng)的最大慣量主軸，將這兩個(gè)慣量主軸形成的平面與重建后器官表面形成的切割線作為 器官的本初子午線，以該本初子午線作為器官表面展開的剪開線； (4) 確定基線：沿步驟（3)所述的剪開線將斷層剪開、排序，確定該斷層圖像上垂直于 最小慣量主軸或者最大慣量主軸的斷層邊界的平均半徑，建立一個(gè)圓心在質(zhì)心上、半徑為 上述平均半徑的圓，以此圓周作為斷層邊界的海平面，以海平面為基線，實(shí)現(xiàn)斷層邊界的展 開，得到器官表面地圖； (5) 攤平：以基線為水平直線，以器官斷層邊界相對(duì)海平面的距離形成等高線； (6) 所有斷層圖像均按照步驟（5)處理后，組成有等高線標(biāo)志的器官表面網(wǎng)格圖形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在 于，所述步驟（1)中，當(dāng)器官被數(shù)字化后，器官是由具有位置和密度的體微元組成的集合， 器官斷層的重建即為體微元位置坐標(biāo)的變換，采用如下方法進(jìn)行斷層重建：
式中，〇^，^，ζΜ)為當(dāng)前體微元的位置，（Xi，yi，Zi)表示重建后體微元的位置， truncO為取整函數(shù)，其中Δχ= Ay= Λ z，并與原始圖像的水平分辨率、垂直分辨率和CT 掃描層距相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在 于，在進(jìn)行CT掃描時(shí)，設(shè)定空氣的CT值為0,所述步驟（2)，對(duì)每個(gè)斷層圖像，提取其斷層邊 界的方法如下：
式中，Z表示CT掃描的斷層影像的層的序號(hào)，（X，y) z表示z層中體微元的位置，P (x，y) z表示體微元的密度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在 于，所述步驟（3)中，以本初子午線為器官表面展開的剪開線，展開后每一個(gè)斷層用如下方 式表示：
式中，〇丨，乂)表示斷層邊界體微元的位置，（<,%)表示斷層質(zhì)心相對(duì)慣性參考系的 位置，i表示斷層邊界上體微元剪開后的位置序號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在 于，所述步驟（4)中，以海平面為基線，實(shí)現(xiàn)斷層影像邊界展開，展開后各斷層圖像的表示 方法如下：
表示斷層影像邊 界點(diǎn)的位置，表示斷層影像質(zhì)心相對(duì)慣性參考系的位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，其特征在 于，所述步驟（6)中，得到的器官表面網(wǎng)格圖形的表示方法如下：
式中P(i，j)表示器官表面地圖攤平后斷層影像邊界點(diǎn)在平面中的位置，
J Izj-Zp1Idj, (i，j)表示器官地圖中的某一位置，Zi，Zj表示（i，j)這一位置的序號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于斷層影像重建的人體器官表面地圖化方法，基于斷層影像重建的人體器官，通過器官的慣量主軸確定器官地圖的本初子午線和等高線等繪圖要素，采用斷層重建和斷層邊界展開等方法實(shí)現(xiàn)器官表面的地圖化。本發(fā)明可為器官表面的形態(tài)分析提供定量化研究。
【IPC分類】G06T11-00, G06T3-00
【公開號(hào)】CN104680479
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510095385
【發(fā)明人】范毅方
【申請(qǐng)人】福建師范大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日