器官腔壁展開方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及醫(yī)學領(lǐng)域斷層掃描(Computed Tomography，簡稱CT)圖像的處理，尤其 涉及一種基于光線投射的支氣管、血管、結(jié)腸等管狀器官的腔壁展開方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)腸是人體重要的管腔器官，計算機斷層掃描結(jié)腸成像（Computed Tomography Colonography，簡稱CTC)自1994年誕生之后，通過不斷發(fā)展，目前已經(jīng)成為檢測結(jié)腸疾病常 用的醫(yī)學影像技術(shù)。CT結(jié)腸成像技術(shù)(CTC)與結(jié)腸鏡有類似的作用，能對全結(jié)腸進行成像檢 查，且侵入性較低。在結(jié)腸CT圖像后處理中，對腸壁進行展開是將結(jié)腸腔內(nèi)3D視圖轉(zhuǎn)換為2D 平面視圖，從而方便觀察比對結(jié)腸內(nèi)部組織，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸病變組織并進行顯示，利于后續(xù)進一 步的診斷治療。
[0003] 現(xiàn)有的腸壁展開技術(shù)主要分為三種，分別為線性光線投射技術(shù)、非線性光線投射 技術(shù)以及局部光線投射技術(shù)。其中，非線性光線投射技術(shù)需要實時利用梯度場彎曲投射方 向，運算量較大，運行速度慢。局部投射技術(shù)只能將展開的結(jié)果保存為視頻供用戶瀏覽，無 法生成一整幅2D的視圖?；诠饩€投射的腸壁展開算法，當結(jié)腸的彎曲角度很大時，容易出 現(xiàn)因為射線初始方向不準確導致的展開圖錯誤，和因為射線交叉導致展開圖部分內(nèi)容重復 出現(xiàn)的問題。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的腸壁展開方法需要加以改善，從而提升腸壁展開的速度和精度， 滿足醫(yī)學診斷對腸壁圖像的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種器官腔壁展開方法，用于改善腔壁展開的效果。
[0006] 為了實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種器官腔壁展開方法，包括以下步驟：
[0007] 獲得器官的掩膜和中心線；
[0008] 初始化中心線上的點的光線方向，包括判斷掩膜是否存在粘連，如果存在，則去除 粘連;將掩膜中的連通域分成若干片層;求出片層在三維坐標系上的主方向即第一方向、第 二方向、第三方向；求出中心線上的點的初始法向量及初始切向量;將初始法向量在第一方 向和第二方向所在平面的投影結(jié)果賦值給光線方向的法向量、將第三方向或者第三方向的 反方向賦值給光線方向的切向量；
[0009] 根據(jù)上述步驟獲得的中心線及光線方向?qū)η槐谶M行采樣，并將采樣結(jié)果映射到二 維平面，生成腔壁展開二維視圖。
[0010] 優(yōu)選地，求出中心線上的點的初始法向量及初始切向量的步驟之后還包括:判斷 是否完成遍歷中心線上的點，如果沒完成，則判斷當前點是否在掩膜內(nèi)，如果當前點在掩膜 內(nèi)，則將初始法向量在第一方向和第二方向所在平面的投影結(jié)果賦值給光線方向的法向 量、將第三方向或者第三方向的反方向賦值給光線方向的切向量;如果當前點不在掩膜內(nèi)， 則將上一個點的光線方向法向量和切向量賦值給當前點；如果完成遍歷中心線上的點，則 輸出中心線上所有點的光線方向初始化結(jié)果。
[0011]優(yōu)選地，將第三方向或者第三方向的反方向賦值給光線方向的切向量的步驟中， 當初始切向量與第三方向的夾角小于90度，則將第三方向賦值給光線方向的切向量；當初 始切向量與第三方向的夾角大于90度，則將第三方向的反方向賦值給光線方向的切向量。
[0012] 優(yōu)選地，其特征在于，求出中心線上的點的初始法向量及初始切向量的步驟中，求 出的初始法向量的旋轉(zhuǎn)最小。
[0013] 優(yōu)選地，初始化中心線上的點的光線方向的步驟中，中心線上的某一點不在掩膜 內(nèi)時，將中心線上與某一點相鄰的點的光線方向的法向量及切向量賦值給所述某一點。
[0014] 優(yōu)選地，將掩膜中的連通域分成若干片層的步驟包括:將所述中心線與掩膜中的 連通域兩端面的交點，分別作為起點和終點，并計算所述連通域內(nèi)任一點與所述起點和終 點之間的互補測地距離，根據(jù)計算得到的連通域的互補測地距離，將所述連通域分成具有 預(yù)設(shè)距離間隔的所述若干片層。
[0015] 優(yōu)選地，所述器官腔壁展開方法還包括在初始化中心線上的點的光線方向的步驟 完成之后進行的校正光線方向步驟。
[0016] 優(yōu)選地，校正光線方向步驟包括如下步驟:a、確定出中心線上第一個適合進行腔 壁展開的中心點P0，此點之前的中心點的方向設(shè)定為P0的方向；b、得到各個中心點的腔壁 展開方向；C、調(diào)整步驟b中沒處理到的中心點。
[0017] 優(yōu)選地，步驟a中，對中心線上每個中心點在每一個角度上的射線，逐次增加一定 的步長，當射線到達的位置的CT值大于特定閾值時，也就是位于器官腔壁上時，停止前進， 射線到達的位置點作為此方向上的展開點，旋轉(zhuǎn)360度，得到若干展開點，求出展開點和中 心點之間的距離，如果距離最大值大于距離最小值的3倍，此點不是合適點，反之，此點作為 合適的中心點，記為P0。
[0018]優(yōu)選地，步驟b中包括:①選擇P0作為前控制點，間隔一定中心點數(shù)選擇后控制點； ②檢測前控制點和后控制點對應(yīng)的展開面的交叉情況;③記前后兩控制點之間的中心點為 S，$為距前控制點第j個的中心點;④把Pi+ι作為Pi，Pi后的第η個中心點作為Pi+ι，重復步驟 ②-④，直到Pi +1超出了末個中心點。
[0019] 優(yōu)選地，步驟③中，如果前后兩控制點對應(yīng)的展開面是不交叉的即情況為C0,則不 進行方向校正，Κ的各個射線方向 <(幻通過前后控制面插值得到;前后兩控制點對應(yīng)的展 開面是前交叉，此交叉情況記為C1;前后兩控制點對應(yīng)的展開面是后交叉，此交叉情況記為 C2;前后兩控制點對應(yīng)的展開面是相互交叉，此交叉情況記為C3;如果是C1或C3，則前控制 點逐次前移，判斷新的前控制點和后控制點的交叉情況，直至為非C1和非C3情況，此時，情 況為C0或C2，如果為C2，依據(jù)由近及遠的原則，依次利用< 的切向量和法向量，作為pi+1的切 向量和法向量，并利用光線投射，計算出此方向下的展開面，并和Pl的展開面進行判斷，直 至調(diào)整為C0情況，然后ΡηΡ1+1之間的中心點方向按上述插值得到。
[0020] 優(yōu)選地，步驟c包括:如果后一個控制點超出了末個中心點，則把后一個控制點設(shè) 置為末個中心點，對后一控制點進行方向調(diào)整后，中間的中心點方向通過插值得到。
[0021] 優(yōu)選地，器官腔壁展開方法還包括輸出腔壁展開二維視圖的步驟。
[0022] 本發(fā)明通過初始化中心線上的點的光線方向，提升了展開過程中所用的中心線上 的點的光線投射方向即光線的初始方向的準確性，明顯改善了腔壁展開的效果。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例中器官腔壁展開方法的流程示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例中連通域分成間隔預(yù)設(shè)距離的多個片層的示意圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例中利用主成分分析出片層的主方向的示意圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明實施例中光線方向校正步驟中采用的控制點及中心點的示意圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明實施例中檢測前控制點和后控制點對應(yīng)的展開面的交叉情況的示意 圖。
[0028]圖6a_6c分別為本發(fā)明實施例中前控制點和后控制點對應(yīng)的展開面相互交叉、前 交叉、后交叉的示意圖。
[0029] 圖7為本發(fā)明實施例中光線方向校正步驟中初始調(diào)整的流程示意圖。
[0030] 圖8為本發(fā)明實施例中光線方向校正步驟中主調(diào)整的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0032] 在本發(fā)明的一實施例中，腔壁為結(jié)腸的內(nèi)壁，腔壁展開方法為腸壁展開方法，在其 他可替代的實施例中，所述腔壁還可以為血管壁、氣管壁等管狀器官的內(nèi)壁。
[0033]結(jié)腸CT圖像的后處理通常包括以下步驟：
[0034] 獲得CT結(jié)腸數(shù)據(jù)：通過對受檢者進