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

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備可以幫助醫(yī)生不通過手術(shù)就能夠?qū)颊叩膬?nèi)部器官或組織病變做出診斷。計(jì)算機(jī)x光斷層掃描(computedtomographyct)、磁共振成像(magneticresonancemr)可以產(chǎn)生出代表人體內(nèi)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(yàn)豐富的醫(yī)生才能夠正確的重構(gòu)出病人的內(nèi)部器官和組織，這給診斷帶來了很大的主觀性。

虛擬內(nèi)窺鏡(virtualendoscopy,ve)技術(shù)是隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)計(jì)算機(jī)圖像圖形學(xué)及虛擬現(xiàn)實(shí)等學(xué)科的交叉與融合而逐步形成的一種獨(dú)特的技術(shù)，是傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡技術(shù)的一種延伸，其主要是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化和醫(yī)學(xué)影像等多個(gè)領(lǐng)域。虛擬內(nèi)窺鏡基于上述二維醫(yī)學(xué)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(shí)體模型，然后模擬傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡在虛擬3d內(nèi)部空腔組織進(jìn)行漫游觀察，也可以用交互的方式在器官結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行成像和檢查，從而清晰地顯示出人體器官和組織的復(fù)雜特征和整個(gè)空間定位關(guān)系，有助于醫(yī)生做出正確的診斷。它無需向病人體內(nèi)插入異物，極大地減輕了病人的痛苦，同時(shí)還能對(duì)常規(guī)內(nèi)窺鏡無法檢查的區(qū)域進(jìn)行檢查，在醫(yī)療診斷及手術(shù)上有著重要的意義。通過虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)，內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，如結(jié)腸、支氣管、血管及其他器官。

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

至今，虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)仍處于初期臨床實(shí)驗(yàn)階段，目前的應(yīng)用僅局限于教學(xué)、培訓(xùn)和設(shè)計(jì)治療方案等少數(shù)領(lǐng)域，且處于初級(jí)研究階段，但隨著計(jì)算機(jī)和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬內(nèi)窺鏡研究不僅有重要的理論意義，而且有著廣闊的應(yīng)用前景。

如中國(guó)專利申請(qǐng)公開第200910048616.5號(hào)揭示的一種三維心臟超聲虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包含：數(shù)據(jù)采集單元，通過超聲對(duì)心臟進(jìn)行二維圖像數(shù)據(jù)采集；圖像預(yù)處理單元，對(duì)采集到的二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理和圖像分割；三維視圖重建單元，對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維視圖重建；導(dǎo)航單元，設(shè)置一虛擬內(nèi)窺鏡視點(diǎn)，并允許該虛擬內(nèi)窺鏡視點(diǎn)在重建的三維視圖中進(jìn)行任意角度的觀察；以及測(cè)量單元，對(duì)所觀察的特定部位的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和分析。然而，該專利申請(qǐng)的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)僅僅是針對(duì)心臟超聲重建，不適合對(duì)器官組織進(jìn)行多深度、多角度的觀察，不適合廣泛推廣應(yīng)用。

又如中國(guó)專利申請(qǐng)公開第201010575814.x號(hào)揭示的一種虛擬內(nèi)窺鏡成像的數(shù)據(jù)處理方法，在該方法中，通過ct、mri對(duì)人體進(jìn)行掃描獲得的成像數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行分割，分離需要觀察的圖像，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用遞進(jìn)網(wǎng)格算法進(jìn)行三維重建，得到觀察對(duì)象的空間數(shù)據(jù)。然而，該專利申請(qǐng)中公開的數(shù)據(jù)處理方法并未揭示虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的整體組成和運(yùn)行。

因此，提供一種能夠?qū)θ我馄鞴倩蚪M織進(jìn)行檢查，操作靈活、視覺逼真性高的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

技術(shù)實(shí)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(shí)性及逼真性的基于ct圖像的虛擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于ct圖像的虛擬內(nèi)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(duì)圖像采集模塊傳輸?shù)娜舾煞鵦t圖像中的每幅ct圖像進(jìn)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(jìn)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(jī)于特定三維圖像中以中心線為視點(diǎn)移動(dòng)的軌跡進(jìn)行漫游。

其中，本發(fā)明的虛擬內(nèi)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(yù)處理單元及輪廓提取單元，其中，圖像預(yù)處理單元用于對(duì)每幅ct圖像進(jìn)行圖像平滑處理及圖像增強(qiáng)處理；輪廓提取單元用于檢測(cè)經(jīng)圖像預(yù)處理單元處理后的每幅ct圖像的輪廓邊緣并提取目標(biāo)輪廓線。

可選擇地，圖像預(yù)處理單元包括通信連接的圖像平滑子單元及圖像增強(qiáng)子單元，其中，圖像平滑子單元用于對(duì)每幅ct圖像的像素灰度值直接進(jìn)行運(yùn)算處理以濾除每幅ct圖像中的噪聲；圖像增強(qiáng)子單元用于對(duì)經(jīng)圖像平滑子單元處理后的每幅ct圖像進(jìn)行尖銳化增強(qiáng)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(cè)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(dòng)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(zhǔn)每幅ct圖像，利用自適應(yīng)對(duì)每幅ct圖像進(jìn)行分割以得到分割部分圖像，邊界檢測(cè)子單元通過微分算子法考察分割部分圖像中的每個(gè)像素在任意鄰域內(nèi)灰度的變化，根據(jù)每個(gè)像素任意鄰域一階和/或二階方向?qū)?shù)變化定位出目標(biāo)輪廓邊界點(diǎn)，邊界確定單元通過依次搜索相鄰的目標(biāo)輪廓邊界點(diǎn)并進(jìn)行依次連接以獲得確定的目標(biāo)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(biāo)輪廓線圈定的若干個(gè)截面輪廓內(nèi)，尋找不同的截面輪廓之間的順序關(guān)系并進(jìn)行匹配；輪廓拼接處理單元通過采用三角面片法構(gòu)造至少三個(gè)不同的截面輪廓之間的表面以得到醫(yī)學(xué)二維斷層圖像；輪廓插值單元用于在相鄰的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像之間進(jìn)行插值以實(shí)現(xiàn)各層的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像間結(jié)構(gòu)的過渡；曲面擬合單元用于對(duì)相鄰的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像之間的曲面進(jìn)行平滑，并對(duì)若個(gè)層的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像進(jìn)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(chǎng)建立單元、中心路徑初步確認(rèn)單元及中心點(diǎn)處理單元，其中，邊界距離場(chǎng)建立單元用于在特定三維ct圖像中建立相應(yīng)的邊界距離場(chǎng)；中心路徑初步確認(rèn)單元用于根據(jù)邊界距離場(chǎng)得到若干個(gè)初始中心路徑點(diǎn)；中心路徑點(diǎn)處理單元用于將相鄰的初始中心路徑點(diǎn)依次連接形成中心路徑。

可選擇地，邊界距離場(chǎng)建立單元包括：通信連接的體素點(diǎn)分類子單元及體素點(diǎn)賦值子單元，其中，體素點(diǎn)分類子單元用于將目標(biāo)體素點(diǎn)分為若干個(gè)邊界體素點(diǎn)、內(nèi)部體素點(diǎn)和背景體素點(diǎn)；體素點(diǎn)賦值子單元用于對(duì)邊界體素點(diǎn)、內(nèi)部體素點(diǎn)和背景體素點(diǎn)進(jìn)行賦值。

可選擇地，中心路徑初步確認(rèn)單元在獲得初始中心路徑點(diǎn)后，依次對(duì)全部初始中心路徑點(diǎn)進(jìn)行可視性檢查得到中心點(diǎn)。

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(biāo)系、虛擬相機(jī)坐標(biāo)系及像平面坐標(biāo)系，參數(shù)輸入單元用于設(shè)定起始點(diǎn)參數(shù)、終止點(diǎn)參數(shù)、及原點(diǎn)參數(shù)以控制虛擬相機(jī)根據(jù)參數(shù)沿著中心路徑進(jìn)行漫游。

可選擇地，虛擬相機(jī)的漫游方式分為自動(dòng)漫游、手動(dòng)漫游和引導(dǎo)式漫游，虛擬相機(jī)漫游經(jīng)過中心線路徑保存于系統(tǒng)內(nèi)并進(jìn)行連續(xù)回放。優(yōu)選地，虛擬相機(jī)的漫游方式為引導(dǎo)式漫游。

其中，引導(dǎo)式漫游是由用戶設(shè)定漫游的起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)根據(jù)器官模型和用戶設(shè)定的信息完成漫游的一種半自動(dòng)漫游方式。采用引導(dǎo)式漫游時(shí)，虛擬相機(jī)可以自動(dòng)地沿著事先計(jì)算好的路徑從起始點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)觀察者可以在任何時(shí)候校正相機(jī)位置和方向。

本發(fā)明的有益效果是：(1)、擴(kuò)大了檢查范圍，能夠?qū)θ我馄鞴倩蚪M織進(jìn)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(diào)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(shí)現(xiàn)不同的觀察效果，幾乎可以觀察器官內(nèi)任意部位；(3)、提高了內(nèi)窺場(chǎng)景的真實(shí)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(xué)圖像，對(duì)器官組織進(jìn)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(nèi)窺鏡系統(tǒng)的構(gòu)造示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)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(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，作為一種非限制性實(shí)施方式，本發(fā)明的基于ct圖像的虛擬內(nèi)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(yù)處理單元210及輪廓提取單元220。具體來講，圖像預(yù)處理單元210包括圖像平滑子單元2101及圖像增強(qiáng)子單元2102。其中，圖像平滑子單元2101對(duì)每幅ct圖像的像素灰度值直接進(jìn)行運(yùn)算處理，從而濾除每幅ct圖像中的噪聲。而圖像增強(qiáng)子單元2102則對(duì)經(jīng)圖像平滑子單元2101處理后的每幅ct圖像進(jìn)行尖銳化增強(qiáng)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(cè)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(duì)每幅ct圖像進(jìn)行分割，從而得到若干個(gè)分割部分圖像。邊界檢測(cè)子單元2203對(duì)若干個(gè)分割部分圖像中的每個(gè)分割部分圖像的目標(biāo)輪廓邊界點(diǎn)進(jìn)行定位。邊界確定單元2204則可以通過依次搜索相鄰的目標(biāo)輪廓邊界點(diǎn)并進(jìn)行連接，從而獲得確定的目標(biāo)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(biāo)輪廓線圈定的若干個(gè)截面輪廓內(nèi)，尋找不同的截面輪廓之間的順序關(guān)系并進(jìn)行匹配。輪廓拼接處理單元320用于構(gòu)造至少三個(gè)不同的截面輪廓之間的表面，從而得到若干層的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像。輪廓插值單元330則在相鄰的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像之間進(jìn)行插值，實(shí)現(xiàn)各層的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像間結(jié)構(gòu)的過渡。曲面擬合單元340對(duì)相鄰的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像之間的曲面進(jìn)行平滑，并對(duì)若個(gè)層的醫(yī)學(xué)二維斷層圖像進(jìn)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(chǎng)建立單元410、中心路徑初步確認(rèn)單元420及中心點(diǎn)處理單元430。

具體來講，邊界距離場(chǎng)建立單元410包括體素點(diǎn)分類子單元4101及體素點(diǎn)賦值子單元4102，其中，體素點(diǎn)分類子單元4101用于將目標(biāo)體素點(diǎn)分為若干個(gè)邊界體素點(diǎn)、內(nèi)部體素點(diǎn)和背景體素點(diǎn)，體素點(diǎn)賦值子單元4102則對(duì)邊界體素點(diǎn)、內(nèi)部體素點(diǎn)和背景體素點(diǎn)進(jìn)行賦值，所有的背景體素點(diǎn)的邊界距離賦值為0，所有的邊界體素點(diǎn)的邊界距離賦值為1，而剩余的內(nèi)部體素點(diǎn)的邊界距離則賦值為∞。

中心路徑初步確認(rèn)單元420用于根據(jù)邊界距離場(chǎng)得到若干個(gè)初始中心路徑點(diǎn)，其在獲得初始中心路徑點(diǎn)后，依次對(duì)全部初始中心路徑點(diǎn)進(jìn)行可視性檢查得到中心點(diǎn)。中心路徑點(diǎn)處理單元430則將相鄰的初始中心路徑點(diǎn)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(biāo)系、虛擬相機(jī)坐標(biāo)系及像平面坐標(biāo)系。利用參數(shù)輸入單元520設(shè)定起始點(diǎn)參數(shù)、終止點(diǎn)參數(shù)、及原點(diǎn)參數(shù)，從而可以控制虛擬相機(jī)根據(jù)參數(shù)沿著中心路徑進(jìn)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(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的將ct圖像轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的三維立體圖像，同時(shí)對(duì)應(yīng)地生成三維立體圖像中的中心線，以該中心線作為移動(dòng)的軌跡，引導(dǎo)虛擬相機(jī)沿其漫游，實(shí)現(xiàn)了逼真的三維醫(yī)學(xué)圖像，同時(shí)可對(duì)器官組織進(jìn)行多深度、多角度的觀察。

盡管在此已詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但要理解的是本發(fā)明并不局限于這里詳細(xì)描述和示出的具體結(jié)構(gòu)和步驟，在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)其它的變型和變體。此外，本發(fā)明中的溫度、濃度或時(shí)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(nèi)適當(dāng)選取。