CN106204733B - 肝脏和肾脏ct图像联合三维构建系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，包括：数据接收模块、生成特定肝脏三维图像及特定肾脏三维图像的三维图像处理模块、分类存储特定肝脏三维图像的肝脏信息数据库、分类存储特定肾脏三维图像的肾脏信息数据库、以及动态演示模块。其中，三维图像处理模块包括：图像预处理子模块、图像提取子模块、肝脏图像绘制子模块以及肾脏图像绘制子模块。图像预处理子模块对每幅CT图像进行图像平滑及图像增强处理，图像提取子模块提取肝脏轮廓线或提取肾脏轮廓线，肝脏图像绘制子模块将肝脏CT图像进行三维重建处理获得特定肝脏三维图像，肾脏图像绘制子模块将肾脏CT图像进行三维重建处理获得特定肾脏三维图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种医学影像处理系统，特别涉及一种医学影像三维可视化系统。
背景技术
三维重建技术是指利用CT、MRI等医学影像设备输出的图像数据，根据需要选择合适的三维重建算法，得到可以从任意视角进行观察的三维投影图像，这样诊断医生就可以方便地对人体内部组织或器官的结构进行观察诊断。通过对医学图像进行有针对性的处理后，再利用三维重建技术构造出组织或器官的三维模型，然后在显示屏幕上对三维模型进行显示，对于医生感兴趣的器官，还可以提取出它的大小、形状和空间位置等定性或定量信息，便于分析。三维重建技术的运用，使得医务人员能够更加直观、定量地对人体内部器官的三维结构进行察看，还可以根据不同疾病诊断的需要强化图像中原有的某些细节，从而帮助医生更加容易的做出正确的疾病诊断。
医学图像的三维可视化技术是指将医学影像设备输出的二维切片图像序列重新组合重建为三维图像模型，并对重建后的模型进行定性、定量分析的技术。自从上世纪90年代以来三维、非规则的和向量体数据的可视化问题的出现，使得医学图像可视化领域的研究朝着多样化的方向发展。国外一些研究机构或者公司己经研究出了一些可以在医学领域进行实际应用的医学图像三维重建或医学图像可视化系统，如美国的ANALYZE系统，3DvIEwNIx系统、加拿大的Ⅵew wand系统、荷兰的COvmA系统等，但是这些系统中有大部分都是与医疗影像设备捆绑的，而且售价昂贵，这些系统所支持的各种类型图像数据的可视化分析功能，一般都基于高档工作站，在目前主流配置的普通PC上运行还比较困难。我国在医学图像可视化方面的研究仍然处于起步阶段。现有的大多数系统实际医疗应用功能还不尽完善，还达不到进行临床医疗诊断所需要的大部分要求。
肝脏和肾脏均为机体代谢、解毒、分泌、排泄的重要脏器，临床两脏器同时或先后发生疾病，两者的关系成为临床关注研究的重要问题。肝、肾两个脏器的疾病可互不相关，也可一病同时侵及肝、肾，有时则系一个脏器病变对另一脏器的影响。通过对肝脏以及肾脏的三维图像重建，便于研究人体肝脏与肾脏的相关性，针对具体病因进行手术模拟对于改变目前医疗的方式有很大的意义。
如中国专利申请201010185884.4号公开的一种基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法，包括构造三维体数据场、错切变形分解、重采样、合成中间图像、变形得到最终图像等步骤。步骤如下：步骤1、读入图像数据构造三维体数据场；步骤2、错切变形分解；步骤3、重采样；步骤4、合成中间图像；步骤5、对中间图像做变形操作，形成最终图像；步骤6、将最终的三维效果图像显示到屏幕。然而，该基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法仅提供了三维重建的方法，无法同时共享数字化肝脏数据和肾脏数据，不能根据用户需要清晰、直观的观察肝脏及肾脏内部血管等管道系统解剖差异，对于医学上肝肾疾病相关研究的意义有限。
又如中国专利申请201310503694.6号公开的一种医学影像二维处理及三维重建系统，包括数据存取模块、数据管理模块、显示及视区管理模块、二维数据预处理模块、二维数据分割模块、交互操作模块以及三维重建及视觉调整模块。数据存取模块用于将医学影像二维影像文件读入并经过预处理后将二维数据保存到磁盘中，数据管理模块用于对各类数据进行规划管理，显示及视区管理模块用于二维影像和三维模型的显示，以及用于更好地对二维影像或三维模型进行视区模式显示。二维影像预处理用于对原始二维影像显示效果不佳的进行灰度变换、滤波、锐化等调整处理，交互操作模块用于对图像进行缩放、旋转、平移等操作，二维数据分割模块用于对有用信息进行提取为后继的三维面重建做好准备，三维重建包括面重建和点重建，三维视觉调整为三维模型视觉的调整。然而，该医学影像二维处理及三维重建系统并非数字化开放平台，即仅处理单一来源的肝肾数据无法实现肝肾信息大数据共享，不适合推广应用。
再如中国专利200810197660.8号公开的一种基于CT图像的肝脏分段方法，该方法首先对腹部MSCTP动脉期和门静脉期序列图像进行预处理，自动分割肝脏轮廓并得到肝脏图像；其次利用基于Hessian矩阵的多尺度滤波方法对血管进行增强，利用区域增长等分割方法分割出肝门静脉，并利用三维拓扑细化方法提取出肝门静脉的中心线；血管交互分级标记；之后利用距离变换和Voronoi算法进行计算，并利用肝脏轮廓进行值掩得到分段结果，最后重建出三维肝脏分段结果。系统包括肝脏分割模块，血管增强分割和细化模块，血管分级模块，肝脏分段模块和三维重建模块。然而，该基于CT图像的肝脏分段方法无法交互显示肝脏三维CT立体图像，也无法实现对肝脏三维CT立体图像任意方向、任意部位的切割，该专利申请无法同时重建肝脏与肾脏数据，不适用于肝肾的相关疾病的综合研究。
因此，提供一种功能完备、实时便捷、数据量大、便于推广普及的肾脏以及肝脏数据共享平台是业界急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，其通过构建肝肾三维重建及演示系统，用户能够根据需要快速精准的检索到其感兴趣的肝脏或肾脏类型，能够增加用户对人体肝肾的了解且便于医学上对于肝肾相关疾病的深入研究。
根据本发明的一个方面，提供一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，包括：用于获得针对特定肝脏的肝脏CT图像以及获得针对特定肾脏的肾脏CT图像的数据接收模块、用于基于肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像以及基于肾脏CT图像生成特定肾脏三维图像的三维图像处理模块、用于依照特定肝脏的来源信息分类存储来自肝脏三维图像处理模块的特定肝脏三维图像的肝脏信息数据库、用于依照特定肾脏的来源信息分类存储来自肾脏三维图像处理模块的特定肾脏三维图像的肾脏信息数据库、以及用于动态演示特定肝脏三维图像和特定肾脏三维图像的动态演示模块。其中，三维图像处理模块包括：图像预处理子模块、图像提取子模块、肝脏图像绘制子模块以及肾脏图像绘制子模块。图像预处理子模块依次对肝脏CT图像中的每幅肝脏CT图像或肾脏CT图像中的每幅肾脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理，图像提取子模块分割经预处理的数据图像以检测肝脏轮廓边缘并提取肝脏轮廓线或检测肾脏轮廓边缘并提取肾脏轮廓线，肝脏图像绘制子模块将分割后的肝脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肝脏三维图像，肾脏图像绘制子模块将分割后的肾脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肾脏三维图像。
可选择地，数据接收模块接收的肝脏CT图像为针对特定肝脏的取自不同截面的DICOM格式的至少150幅肝脏CT图像，至少150幅肝脏CT图像包括动脉期、静脉期及平衡期的肝脏CT图像各至少50幅。
可选择地，数据接收模块接收的肾脏CT图像为针对特定肾脏的取自不同截面的DICOM格式的至少150幅肾脏CT图像，至少150幅肾脏CT图像包括肾动脉期、肾静脉期及肾延迟期的肾脏CT图像各至少50幅。
可选择地，特定肝脏和特定肾脏的来源信息各应至少包含：患病类型、患者性别、患者年龄、生活地区以及就诊医院。其中，特定肾脏的来源信息还应当包括左肾或右肾。
可选择地，特定肝脏和特定肾脏的来源信息的来源信息还可以包含：患者生活习惯、生化检查信息、患者典型症状、体征、医学图像、影像诊断结果、治疗方案、不良反应及主治医师等。
可选择地，图像预处理子模块包括：每幅CT图像像素灰度值直接进行运算处理以去除每幅CT图像中的噪声的图像平滑单元，以及用于尖锐化增强处理经过平滑处理的每幅CT图像以增加每幅CT图像的边缘鲜明度的图像增强单元。
可选择地，图像平滑单元对每幅肝脏CT图像或每幅肾脏CT图像进行平滑处理可以选择邻域平均法或中值滤波法。
可选择地，图像增强单元对每幅肝脏CT图像或每幅进行增强处理只关心边缘点的位置而不顾其周围的实际灰度差，图像增强单元中可以采用微分锐化法对图像进行增强处理，如拉普拉斯锐化法。
可选择地，图像提取子模块包括：轮廓定位单元，轮廓定位单元通过肝脏体积和肝脏灰度自动定位出每幅肝脏CT图像中的肝脏位置以及通过肾脏体积和肾脏灰度自动定位出每幅肾脏CT图像中的肾脏位置。配准单元，配准单元将不同时间、不同传感器或不同条件下获取的两幅或多幅肝脏CT图像或肾脏CT图像通过提取特征点进行相似性度量找到相邻的匹配特征点，然后通过匹配的特征点变换图像空间坐标的参数以进行图像配准。分割单元，分割单元对每幅肝脏CT图像进行分割得到分割肝脏部分图像或对每幅肾脏CT图像进行分割得到分割肾脏部分图像。边界检测单元，边界检测单元通过根据每个像素任意邻域一阶和/或二阶方向导数变化定位出肝脏边界点或肾脏边界点。边界跟踪单元，边界跟踪单元通过依次搜索相邻肝脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肝脏边界得到确定的肝脏轮廓，边界跟踪单元通过依次搜索相邻肾脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肾脏边界得到确定的肾脏轮廓。
其中，配准单元配准肝脏CT图像或肾脏CT图像的过程如下：对CT图像进行分析，提取CT图像的特征点并保存作为基准点；选定一幅CT图像作为基准图像，被选为基准图像的CT图像优选为偏移小、图像清晰的CT图像；根据图像的特征点，寻找基准图像的相邻图像；根据对应的特征点确定空间变换；移动基准图像，进行迭代操作；保存计算结果，至迭代完成结束整个序列图像的配准过程。
可选择地，图像提取子模块进一步设有孔洞处理单元，孔洞处理单元采用孔洞填充算法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像在分割单元中进行分割过程产生的细小孔洞和错误连接，再采用区域增长法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的多余组织，进一步填充分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的内部孔洞，最后进行轮廓修正。
可选择地，边界检测单元可以通过Sobel算子、Roberts算子和Kirsch算子等方法定位肝脏边界点或肾脏边界点。
可选择地，边界跟踪单元确定肝脏轮廓线的步骤为：找出分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像第1个边界点作为起始边界点。以这个起始边界点为起始点，根据图像的边界应该是连续的这一特征，对特定的方向进行跟踪。具体来说就是，从找出的第1个边界点开始，定义初始的搜索方向为沿左下方，如果左下方的像素点是边界点，则将其加入边界链表，将其涂黑，表示是一个边界点；否则跟踪方向逆时针旋转45度。这样一直找到一个新的边界点为止，然后搜索方向在当前的跟踪方向的基础上顺时针旋转90度，继续用同样的方法跟踪下一个边界点，直到返回起始边界点为止，得到肝脏轮廓或肾脏轮廓。
可选择地，边界跟踪单元也可以选择人工提取肝脏轮廓或肾脏轮廓。
可选择地，肝脏图像绘制子模块包括错切变换单元以及二维图像变形单元。错切变换单元将确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据变换至中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，从视点发出的射线垂直于中间坐标系XOY平面得到中间图像；二维图像变形单元应用二维图像变形矩阵对错切变换单元得到的中间图像进行二维图像变换，将中间图像变换至屏幕图像空间得到肝脏三维CT图像。
可选择地，肝脏图像绘制子模块的错切变换单元进一步包括空间变换子单元以及中间图像合成子单元。其中，空间变换子单元根据视点相对于确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据的观察方向建立中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，将每个体数据由物体空间变换到错切物体空间。中间图像合成子单元将错切后的每个体数据的各采样点在错切空间中分别进行颜色和不透明度的插值计算后在错切物体空间的中间平面中合成为中间图像。
其中，空间变换子单元中每个体数据经透视投影模块处理后由物体空间变换到错切物体空间，透视投影模块包括数据平面平移部分和比例变换部分。
可选择地，肾脏三维图像绘制子模块包括：肾脏轮廓匹配单元以及MC重建单元。其中，肾脏轮廓匹配单元设定等值面的值，提取出确定的肾脏轮廓，计算肾脏轮廓的面积，在不同截面肾脏轮廓内寻找不同截面肾脏轮廓之间的顺序关系并匹配。MC重建单元第一次读取两张初始的肾脏轮廓，以后每次读入一张相邻的切片，每张切片上的像素点中相邻的四个和对应的下一张切片的四个像素点构成一个体素，然后从左到右、从前至后顺序依次处理一层中的全部相邻体素，判别边界体素，抽取等值面，然后处理完一层后转到第一步继续读入下一张切片，处理完所有的切片后提取等值面，算法结束，得到特定肾脏三维图像。
MC重建子单元采用MC算法时从每一个体素获取它内部的等值面如下：每一个体素具有八个顶点，这八个顶点的灰度值是可以直接根据输入切片的像素值获得的，要抽取的等值面的阈值也需要用户在计算之前事先给定。在这八个顶点中，我们将灰度值大于给定的阈值的顶点标记为黑色，而灰度值小于阈值的顶点不标记。
显然在如果一个立方体中同时存在“已标记”和“未标记”的点，那么这个立方体内就必然存在等值面。除去全标记和全部标记的体素不包含等值面的情况，一个体素立方体中的8个顶点都可能有“标记”和“未标记”两种状态，如果不考虑等值点在立方体边上的位置，一个体素上等值面的分布情况总共的可能有256种。由于立方体旋转后不影响等值面的拓扑结构，所以可以将立方体中具有旋转对称性的情况去除。另外，所有的“未标记”和“已标记”可以进行互换，这样也不会改变等值面的拓扑结构。这样只需要15种基本立方体就可以表示全部256种可能的情况。将这15种情况构造出一个长度为256的索引表，这个索引表记录了一个体素内的等值面的256种可能的连接方式。在获得八个顶点的标记情况后，根据标记情况，得出一个0～15之间的索引值，然后根据该索引值直接对比索引表就可知道等值点在体素立方体的哪条边上，并且还可以从索引表中获得该体素中等值点的连接方式，这时候就可以将等值点连接起来形成等值面。
可选择地，动态演示模块包括交互显示单元以及开窗单元。交互显示单元用于提供特定肝脏三维图像实体以及肾脏三维图像实体的显示和交互。开窗单元通过在特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像上自由设置的切割顶点构造成切割平面，通过鼠标操作移动每个切割面的位置以展示不同的开窗效果，再现特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像的任一断层，显示出被覆盖的内部结构。
可选择地，动态演示模块的交互显示单元中可以自由设置特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像的构成材料，包括每种材料的上下限、不透明度、颜色，以及通过鼠标键盘对绘制区内的特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像进行任意的缩放、移动、旋转、交互等。
其中，动态演示模块中通过设置切入方向和切入点结合切割平面进行移动、旋转、定位交互操作实现对特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像任意方向、任意部位的切除。
可选择地，实现开窗功能中用户自由设置的切割顶点构造成的切割平面为6个。
可选择地，特定肝脏的原始二维图像信息与特定肝脏三维图像一同保存于肝脏信息数据库中，特定肾脏的原始二维图像信息与特定肾脏三维图像一同保存于肾脏信息数据库中。
此外，肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统处理肝脏CT图像的三维重建方案还可以选择如本发明背景技术中介绍的其中一种CT图像三维重建方案。
可选择地，本发明可以选择利用现有的Mimics软件平台、VR-Kidney平台、VKH平台等进行CT图像的三维重建处理。
根据本发明的另一个方面，提供一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，包括：数据接收模块以及与数据接收模块建立数据连接的三维图像处理模块。三维图像处理模块上设置有按信息处理顺序依次布置的图像预处理子模块和图像提取子模块。三维图像处理模块上进一步分开设置有分别与图像提取子模块建立数据连接的肝脏图像绘制子模块以及肾脏图像绘制子模块。肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统进一步包括与三维图像处理模块的肝脏图像绘制子模块建立数据连接的肝脏信息数据库模块、与三维图像处理模块的肾脏图像绘制子模块建立数据连接的肾脏信息数据库模块、以及分别与肝脏信息数据库模块和肾脏信息数据库模块建立数据连接的动态演示模块。
可选择地，图像预处理子模块上至少设置有按信息处理顺序依次布置的图像平滑单元以及图像增强单元。
可选择地，图像提取子模块上至少设置有按信息处理顺序依次布置的轮廓定位单元、配准单元、分割单元、边界检测单元以及边界跟踪单元。
可选择地，图像提取子模块上进一步设置有按信息处理顺序设于分割单元与边界检测单元之间的孔洞处理单元。
可选择地，肝脏图像绘制子模块上至少设置有按信息处理顺序依次布置的错切变换单元以及二维图像变形单元。
可选择地，肝脏图像绘制子模块的错切变换单元进一步包括按信息处理顺序依次布置的空间变换子单元以及中间图像合成子单元。
可选择地，肾脏三维图像绘制子模块上至少设置有按信息处理顺序依次布置的肾脏轮廓匹配单元以及MC重建单元。
可选择地，动态演示模块包括分开设置于动态演示模块上的交互显示单元以及开窗单元。
本发明的有益效果是：(1)、肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统集中处理大量的肝脏数据以及肾脏数据，实现数据共享；(2)、肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统完整而清晰的展示大量的肝脏以及肾脏的内部状态，对于医学上针对肝肾方面疾病等研究有推进作用；(3)、肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统包括大数据量的肝脏数据及肾脏数据，通过开放平台共享，全球各地专家可以共享数字化肝脏数据及肾脏数据、讨论病例，有利于医生之间交流，共享知识，符合国家互联网+战略方向；(4)、本发明的肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统能完备、实时便捷、数据量大、便于推广普及，用户能够根据需要快速精准的检索到其感兴趣的肝脏或肾脏类型，能够增加用户对人体肝肾的了解。
附图说明
图1示出了本发明的肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统的构造示意图。
具体实施方式
请参照图1，根据本发明的实施方式一，提供一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，包括：数据接收模块100、三维图像处理模块200、肝脏信息数据库300、肾脏信息数据库400以及动态演示模块600。
数据接收模块100用于获得针对特定肝脏的肝脏CT图像以及获得针对特定肾脏的肾脏CT图像。
三维图像处理模块200用于基于肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像以及基于肾脏CT图像生成特定肾脏三维图像。
其中，三维图像处理模块200包括：图像预处理子模块210、图像提取子模块230、肝脏图像绘制子模块250以及肾脏图像绘制子模块270。图像预处理子模块210依次对肝脏CT图像中的每幅肝脏CT图像或肾脏CT图像中的每幅肾脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理，图像提取子模块230分割经预处理的数据图像以检测肝脏轮廓边缘并提取肝脏轮廓线或检测肾脏轮廓边缘并提取肾脏轮廓线，肝脏图像绘制子模块250将分割后的肝脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肝脏三维图像，肾脏图像绘制子模块270将分割后的肾脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肾脏三维图像。
图像预处理子模块210包括图像平滑单元(图未示)以及图像增强单元(图未示)。图像平滑单元用于去除每幅CT图像中的噪声，图像增强单元用于尖锐化增强处理经过平滑处理的每幅CT图像以增加每幅CT图像的边缘鲜明度。
图像提取子模块230包括轮廓定位单元(图未示)、配准单元(图未示)、分割单元(图未示)、孔洞处理单元(图未示)、边界检测单元(图未示)以及边界跟踪单元(图未示)。轮廓定位单元通过肝脏体积和肝脏灰度自动定位出每幅肝脏CT图像中的肝脏位置以及通过肾脏体积和肾脏灰度自动定位出每幅肾脏CT图像中的肾脏位置。配准单元将位于不同层的传感器获取的两幅或多幅CT图像通过提取特征点进行相似性度量找到相邻的匹配特征点，然后通过匹配的特征点变换图像空间坐标的参数以进行图像配准。分割单元对每幅肝脏CT图像进行分割得到分割肝脏部分图像或对每幅肾脏CT图像进行分割得到分割肾脏部分图像。孔洞处理单元采用孔洞填充算法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像进行分割过程中产生的细小孔洞和错误连接，再采用区域增长法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的多余组织，进一步填充分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的内部孔洞，最后进行轮廓修正。边界检测单元通过根据每个像素任意邻域一阶和/或二阶方向导数变化定位出肝脏边界点或肾脏边界点。边界跟踪单元通过依次搜索相邻肝脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肝脏边界得到确定的肝脏轮廓，边界跟踪单元通过依次搜索相邻肾脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肾脏边界得到确定的肾脏轮廓。
肝脏图像绘制子模块250包括错切变换单元(图未示)以及二维图像变形单元(图未示)。错切变换单元将确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据变换至中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，从视点发出的射线垂直于中间坐标系XOY平面得到中间图像。错切变换单元进一步包括空间变换子单元(图未示)以及中间图像合成子单元(图未示)。空间变换子单元根据视点相对于确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据的观察方向建立中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，将每个体数据由物体空间变换到错切物体空间。中间图像合成子单元将错切后的每个体数据的各采样点在错切空间中分别进行颜色和不透明度的插值计算后在错切物体空间的中间平面中合成为中间图像。二维图像变形单元应用二维图像变形矩阵对错切变换单元得到的中间图像进行二维图像变换，将中间图像变换至屏幕图像空间得到肝脏三维CT图像。
肾脏三维图像绘制子模块270包括：肾脏轮廓匹配单元(图未示)以及MC重建单元(图未示)。其中，肾脏轮廓匹配单元设定等值面的值，提取出确定的肾脏轮廓，计算肾脏轮廓的面积，在不同截面肾脏轮廓内寻找不同截面肾脏轮廓之间的顺序关系并匹配。MC重建单元第一次读取两张初始的肾脏轮廓，以后每次读入一张相邻的切片，每张切片上的像素点中相邻的四个和对应的下一张切片的四个像素点构成一个体素，然后从左到右、从前至后顺序依次处理一层中的全部相邻体素，判别边界体素，抽取等值面，然后处理完一层后转到第一步继续读入下一张切片，处理完所有的切片后提取等值面，算法结束，得到特定肾脏三维图像。
肝脏信息数据库300用于依照特定肝脏的来源信息分类存储来自肝脏三维图像处理模块200的特定肝脏三维图像，肾脏信息数据库400用于依照特定肾脏的来源信息分类存储来自肾脏三维图像处理模块的特定肾脏三维图像。
动态演示模块600用于动态演示特定肝脏三维图像和特定肾脏三维图像。动态演示模块600包括交互显示单元630以及开窗单元650。交互显示单元630用于提供特定肝脏三维图像实体以及肾脏三维图像实体的显示和交互。开窗单元650通过在特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像上自由设置的切割顶点构造成切割平面，通过鼠标操作移动每个切割面的位置以展示不同的开窗效果，再现特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像的任一断层，显示出被覆盖的内部结构。
在该非限制性实施方式中，特定肝脏的原始二维图像信息与特定肝脏三维图像一同保存于肝脏信息数据库300中，特定肾脏的原始二维图像信息与特定肾脏三维图像一同保存于肾脏信息数据库400中。
作为一种可替代的实施方式一，数据接收模块100接收的肝脏CT图像为针对特定肝脏的取自不同截面的DICOM格式的240幅肝脏CT图像，240幅肝脏CT图像包括动脉期、静脉期及平衡期的肝脏CT图像各80幅。数据接收模块接收100的肾脏CT图像为针对特定肾脏的取自不同截面的DICOM格式的150幅肾脏CT图像，150幅肾脏CT图像包括肾动脉期、肾静脉期及肾延迟期的肾脏CT图像各50幅。
作为一种可替代的实施方式二，特定肝脏和特定肾脏的来源信息各包含：患病类型、患者性别、患者年龄、生活地区以及就诊医院。其中，特定肾脏的来源信息还包括左肾或右肾。
作为一种可替代的实施方式三，肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统的图像提取子模块230可以不包括孔洞处理单元。
作为一种可替代的实施方式四，肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统可以不包括动态演示模块600。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。
Claims (4)
1.一种肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，其特征在于包括：用于获得针对特定肝脏的肝脏CT图像以及获得针对特定肾脏的肾脏CT图像的数据接收模块、用于基于所述肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像以及基于所述肾脏CT图像生成特定肾脏三维图像的三维图像处理模块、用于依照所述特定肝脏的来源信息分类存储来自所述肝脏三维图像处理模块的特定肝脏三维图像的肝脏信息数据库、用于依照所述特定肾脏的来源信息分类存储来自所述肾脏三维图像处理模块的特定肾脏三维图像的肾脏信息数据库、以及用于动态演示特定肝脏三维图像和所述特定肾脏三维图像的动态演示模块，其中，所述三维图像处理模块包括：图像预处理子模块、图像提取子模块、肝脏图像绘制子模块以及肾脏图像绘制子模块，所述图像预处理子模块依次对所述肝脏CT图像中的每幅肝脏CT图像或所述肾脏CT图像中的每幅肾脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理，所述图像提取子模块分割经预处理的数据图像以检测肝脏轮廓边缘并提取肝脏轮廓线或检测肾脏轮廓边缘并提取肾脏轮廓线，所述肝脏图像绘制子模块将分割后的所述肝脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肝脏三维图像，所述肾脏图像绘制子模块将分割后的所述肾脏CT图像进行三维重建处理从而获得特定肾脏三维图像；
所述图像预处理子模块包括：每幅CT图像像素灰度值直接进行运算处理以去除每幅CT图像中的噪声的图像平滑单元，以及用于尖锐化增强处理经过平滑处理的每幅CT图像以增加每幅CT图像的边缘鲜明度的图像增强单元；
所述图像提取子模块包括：
轮廓定位单元，所述轮廓定位单元通过肝脏体积和肝脏灰度自动定位出每幅肝脏CT图像中的肝脏位置以及通过肾脏体积和肾脏灰度自动定位出每幅肾脏CT图像中的肾脏位置；
配准单元，所述配准单元将不同时间、不同传感器或不同条件下获取的两幅或多幅CT图像通过提取特征点进行相似性度量找到相邻的匹配特征点后变换图像空间坐标的参数以进行图像配准；
分割单元，所述分割单元对每幅肝脏CT图像进行分割得到分割肝脏部分图像或对每幅肾脏CT图像进行分割得到分割肾脏部分图像；
边界检测单元，所述边界检测单元通过根据每个像素任意邻域一阶和二阶方向导数变化定位出肝脏边界点或肾脏边界点；以及
边界跟踪单元，所述边界跟踪单元通过依次搜索相邻肝脏边界点，依次连接所述边界点从而逐步检测出肝脏边界得到确定的肝脏轮廓，所述边界跟踪单元通过依次搜索相邻肾脏边界点，依次连接所述边界点从而逐步检测出肾脏边界得到确定的肾脏轮廓；
所述图像提取子模块进一步设有孔洞处理单元，所述孔洞处理单元采用孔洞填充算法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像在所述分割单元中进行分割过程中产生的细小孔洞和错误连接，再采用区域增长法去除分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的多余组织，进一步填充分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像的内部孔洞，最后进行轮廓修正；
其中，配准单元配准肝脏CT图像或肾脏CT图像的过程如下：对CT图像进行分析，提取CT图像的特征点并保存作为基准点；选定一幅CT图像作为基准图像，被选为基准图像的CT图像为偏移小、图像清晰的CT图像；根据图像的特征点，寻找基准图像的相邻图像；根据对应的特征点确定空间变换；移动基准图像，进行迭代操作；保存计算结果，至迭代完成结束整个序列图像的配准过程；
其中，边界跟踪单元确定肝脏轮廓线的步骤为：找出分割肝脏部分图像或分割肾脏部分图像第1个边界点作为起始边界点，以这个起始边界点为起始点，根据图像的边界是连续的这一特征，对特定的方向进行跟踪；其中，从找出的第1个边界点开始，定义初始的搜索方向为沿左下方，如果左下方的像素点是边界点，则将其加入边界链表，将其涂黑，表示是一个边界点；否则跟踪方向逆时针旋转45度，这样一直找到一个新的边界点为止，然后搜索方向在当前的跟踪方向的基础上顺时针旋转90度，继续用同样的方法跟踪下一个边界点，直到返回起始边界点为止，得到肝脏轮廓或肾脏轮廓；
其中，所述肝脏图像绘制子模块包括错切变换单元以及二维图像变形单元，所述错切变换单元将所述确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据变换至中间坐标系，所述中间坐标系的Z轴与观察方向重合，从视点发出的射线垂直于所述中间坐标系XOY平面得到中间图像；所述二维图像变形单元应用二维图像变形矩阵对所述错切变换单元得到的所述中间图像进行二维图像变换，将所述中间图像变换至屏幕图像空间得到肝脏三维CT图像；
所述肝脏图像绘制子模块的错切变换单元进一步包括空间变换子单元以及中间图像合成子单元；
所述空间变换子单元根据视点相对于所述确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据的观察方向建立中间坐标系，所述中间坐标系的Z轴与观察方向重合，将每个体数据由物体空间变换到错切物体空间；
所述中间图像合成子单元将错切后的每个体数据的各采样点在错切空间中分别进行颜色和不透明度的插值计算后在错切物体空间的中间平面中合成为中间图像；
所述肾脏三维图像绘制子模块包括：肾脏轮廓匹配单元以及MC重建单元，其中，肾脏轮廓匹配单元设定等值面的值，提取出所述确定的肾脏轮廓，计算肾脏轮廓的面积，在不同截面的肾脏轮廓内寻找不同截面肾脏轮廓之间的顺序关系并匹配；MC重建单元第一次读取两张初始的肾脏轮廓，以后每次读入一张相邻的切片，每张切片上的像素点中相邻的四个和对应的下一张切片的四个像素点构成一个体素，然后从左到右、从前至后顺序依次处理一层中的全部相邻体素，判别边界体素，抽取等值面，然后处理完一层后转到第一步继续读入下一张切片，处理完所有的切片后提取等值面，算法结束，得到特定肾脏三维图像。
2.如权利要求1所述的肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，其特征在于，所述数据接收模块接收的所述肝脏CT图像为针对特定肝脏的取自不同截面的DICOM格式的至少150幅肝脏CT图像，所述至少150幅肝脏CT图像包括动脉期、静脉期及平衡期的肝脏CT图像各至少50幅。
3.如权利要求1所述的肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，其特征在于，所述数据接收模块接收的所述肾脏CT图像为针对特定肾脏的取自不同截面的DICOM格式的至少150幅肾脏CT图像，所述至少150幅肾脏CT图像包括肾动脉期、肾静脉期及肾延迟期的肾脏CT图像各至少50幅。
4.如权利要求1所述的肝脏和肾脏CT图像联合三维构建系统，其特征在于，所述动态演示模块包括：
交互显示单元，所述交互显示单元用于提供特定肝脏三维图像实体以及肾脏三维图像实体的显示和交互；以及
开窗单元，所述开窗单元通过在特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像上自由设置的切割顶点构造成切割平面，通过鼠标操作移动每个切割面的位置以展示不同的开窗效果，再现特定肝脏三维图像或特定肾脏三维图像的任一断层，显示出被覆盖的内部结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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