CN106469445A - 一种三维图像的校准方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种三维图像的校准方法、装置和系统，涉及图像处理技术领域，用以解决现有三维图像中三维重建对象出现重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。该三维图像的校准方法包括：将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。本发明应用于对医疗中的三维图像处理。

Description

一种三维图像的校准方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种三维图像的校准方法、装置和系统。

背景技术

随着医疗技术水平的不断提高，为了更加精准的获取病人的病变位置，现有技术中采用对人体进行常规腹部CT(英文全称：ComputedTomography中文：电子计算机断层扫描)增强三期动态扫描，获得动脉期、门脉期及平衡期的三期图像，进而采用三维重建技术对肝动脉、门脉和肝静脉血管成像，分析三者在肝内的分布结构以及变异，对于肝脏分段、肝脏肿瘤的切除术具有重要的指导意义。

但是，由于医学成像自身以及病人个体肝脏肿瘤的位置和血管的变异等因素，导致CT图像质量并不高，因此，使用三维重建技术对肝动脉、门脉和肝静脉血管进行成像时，得到的三维血管图像经常会出现血管组织，如肝动脉、门脉和肝静脉的重叠，以及其他非血管组织混杂的现象，从而三维模型建立不够准确，医用参考价值降低。

发明内容

本发明的实施例提供一种三维图像的校准方法、装置和系统，用以解决现有三维图像中三维重建对象出现重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种三维图像的校准方法，包括：

将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取所述第一三维图像在所述一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；

确定所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；

若未重合，则将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；

根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

第二方面，本发明实施例提供了一种三维图像的校准装置，包括：

获取单元，用于将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取所述第一三维图像在所述一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；

确定单元，用于确定所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；

调整单元，用于若未重合，则将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；

三维重建单元，用于根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

第三方面，本发明实施例提供了一种三维图像的校准系统，包括：第二方面所述的三维图像的校准装置和显示器；

其中，所述显示器包括第一显示区域和第二显示区域，所述第一显示区域用于显示所述第一三维图像或所述第二三维图像，所述第二显示区域用于显示所述第一二维图像和所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线。

基于上述所提供的三维图像的校准方法、装置和系统，通过将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置，从而改变了三维重建模型所使用的二维数据范畴，进而根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像，实现了对第一三维图像的校正，使得再次三维重建后的第二三维图像更加准确，以符合实际建模需求，解决了现有技术中三维图像中出现三维重建对象重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维图像的校准方法的流程示意图一；

图2为本发明实施例提供的坐标轴示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三维图像的校准方法的流程示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种三维图像的校准装置的示意图一；

图5为本发明实施例提供的一种三维图像的校准装置的示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

实施例一

本发明的实施例提供一种三维图像的校准方法，参照图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101、将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线。

其中，一组二维图像包括同一期、同一切面类型的二维图像，同一期包括动脉期、门脉期或平衡期，切面类型包括轴状面、冠状面或矢状面。

需要说明的是，动脉期、门脉期和平衡期(或称为延迟期)是核磁共振扫描时用的专业术语，它具体指将造影剂门脉注入血管后，造影剂显影的3个时段。动脉期指造影剂流入动脉后所表现出来的特点，门脉期是在动脉期后40s左右血液经过肝脏门门脉时所表现出的特点，平衡期是在这两个时期之后所表现出的特点。

另外，为了更加清楚的对轴状面、冠状面或矢状面进行解释，如图2所示，人体处于躺位时，X轴正向指向人体的左侧，Y轴正向指向人体的背部，Z轴正向指向人体的头部。其中，轴状面(也可称之为横截面)就是人体处于躺位时，沿着从头到脚这样的方向，垂直的将人体切开形成的一个个面，也即轴状面是与Z轴垂直的多个面，轴状面的轴位方向为Z；冠状面就是人体处于躺位时，从上表面到下表面将人体沿着水平切开的一层层的面，也即冠状面是与Y轴垂直的多个面，冠状面的轴位方向为Y轴方向；矢状面就是人体处于躺位时，沿着人体两侧从右到左的方向，将人体一层层切开的面，也即矢状面是于X轴垂直的多个面，矢状面的轴位方向为X轴方向。对于同一期、同一切面类型的二维图像可以依次采用不同的标识进行标记，以方便后续使用。

由于第一三维图像是由一组二维血管图像进行三维重建得到的，而在三维重建的过程中，由于二维图像的图像质量以及算法等方面的原因，第一三维图像中会出现三维重建对象混杂，导致三维建模不准确的问题，因此，需要对第一三维图像进行映射校准。其中，在本发明的一个优选的实施例中，如图3所示，步骤101具体包括：

101a、获取在不同层数时第一三维图像中三维重建对象的组织边缘，其中，层数与一组二维图像中二维图像的张数相对应。

101b、获取第一三维图像中三维重建对象的组织边缘的位置信息。

101c、根据位置信息，在对应的第一二维图像上绘制得到第一三维图像的映射轮廓线。

示例的，根据层数获取第一三维图像中三维重建对象的组织边缘线，并把该层的组织边缘线和层数进行存储，进而获取组成这些组织边缘线的点的坐标值，根据这些点的坐标值在对应的二维图像上绘制得到第一三维图像的映射轮廓线。

步骤102、确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合。

其中，对于第一二维图像中三维重建对象的组织边缘可以通过边界区域算法计算得到。通过将投影得到的映射轮廓线和算法计算得到的组织边缘进行比对，确定是否重合。若未重合，则执行步骤103。

步骤103、若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置。

在本发明的一个优选的实施例中，如图3所示，步骤103具体包括：

103a、获取校准指令。

103b、根据校准指令，将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置。

其中，校准指令可以是用户(如医护人员)通过点击鼠标对第一血管映射轮廓线进行拖动、拉伸等操作指令，进而根据校准指令，将映射轮廓线校准至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置，即将映射轮廓线校准至与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘重合。由于人为的校准时会出现抖动的情况，因此，可以采用具有防抖动的算法，以尽可能的将映射轮廓线校准至与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘重合。

另外，校准指令也可以是设备(如CPU)检测到第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘未重合时，发出的校准指令，进而根据该校准指令，将第一血管映射轮廓线校准至与对应的二维血管图像中血管的原始轮廓线所在的位置，即将映射轮廓线校准至与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘重合。需要说明的是，在进行调整的过程中，可以根据像素值相近比较方法，将映射轮廓线校准至与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘重合。

步骤104、根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

由于对映射轮廓线进行调整，即改变了三维重建模型所使用的二维数据范畴，进而根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像，实现了对第一三维图像的校正，使得再次三维重建后的第二三维图像更加准确，以符合实际建模需求，解决了现有技术中三维图像中出现三维重建对象重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。

下面，根据图1所示的三维图像的校准方法，以对肝脏器官的三维血管图像进行校准为例进行具体说明。

具体的，在对人体进行常规腹部CT增强三期动态扫描时，获得动脉期、门脉期和平衡期三期图像，每一期中包含有多张CT扫描图像，这些CT扫描图像都是二维图像，三维重建图像是基于某一期的所有CT扫描图像进行重建，也就是三维重建可以选择动脉期的所有CT扫描图像，三维重建得到肝动脉的三维血管图像；也可以选择门脉期的所有CT扫描图像，三维重建得到三门脉的三维血管图像；也可以选择平衡期的所有CT扫描图像，三维重建得到肝静脉的三维血管图像。

对于如何从CT扫描图像到得到肝脏血管的三维图像，可以采用区域生长算法(英文全称：region growing)对肝脏动脉期、门脉期和平衡区的CT扫描图像进行血管分割，得到血管分割序列，然后再采用移动立方体(英文全称：Marching Cubes，简称MC)算法对同一期所有二维血管图像的血管分割序列进行三维重建，得到第一三维血管图像。其中，区域生长算法(英文全称：region growing)是将具有相似性质的像素集合起来构成区域。首先在需要分割的区域中选取一个种子点(x，y)作为生长点，然后根据预先定义的规则将种子点周围领域中的相似像素合并到种子点像素所属的区域中，将这些新像素作为新的种子像素继续进行上述过程，直到没有满足条件的像素点被包括进来，这样一个区域就生成完成。通过区域生长算法对每个二维血管图像进行血管分割后，可以将每个二维血管图像分割成多个区域，因而，得到每个二维血管图像的血管分割序列。

但是，由于在对每个二维血管图像根据区域生长算法进行血管分割时，有时会把不属于血管区域的相似像素点也归类到血管区域，导致得到的第一三维血管图像中或出现肝动脉、门静脉和肝静脉重叠的问题，以及其他非血管组织的混杂，导致第一三维血管图像不够准确，医用参考价值低。因此，需要将第一三维血管图像进行校准，以符合实际的内脏器官的血管系统。

示例的，在将第一三维血管图像进行映射之前，医护人员可以根基肝脏内血管的解剖结构以及血管的走形，确认出明显的非血管组织，对于上述非血管组织，医护人员可以绘制闭合的曲线将该非血管组织圈定出来，对于圈定出的区域，进行清空消减后，得到较为准确的第一三维血管图像，进而参照图1所示的方法，将较为准确的第一三维血管图像映射到动脉期的所有CT扫描图像上，若第一三维血管图像在每张CT扫描图像上均有映射轮廓线，那么，比较第一三维血管图像在每张CT扫描图像上的映射轮廓线与对应的CT扫描图像中血管的组织边缘是否重合，若未重合，则手动对映射轮廓线进行拖动、拉伸等编辑操作，直至将映射轮廓线调整至对应的CT扫描图像中血管的组织边缘所在的位置，对映射轮廓线进行调整之后，再次使用移动立方体算法进行三维血管重建，得到更符合实际肝脏血管系统的第二三维血管图像。

由于进行校准后得到的第二三维血管图像更加符合实际的肝脏血管系统，因此，医护人员可以对第二三维血管图像进行分类。在进行分类之前，医护人员可以根据人工解剖学知识，对于不正确的连接位置，用球体或者其他形状标识出，取得标识出的位置的空间坐标，在存储第二三维血管图像数据的数据集中把这部分的坐标值清空，这样就断开了不正确的连接位置，进而对第二三维血管图像中的血管进行分类标识，用户可以根据血管支段在第二三维血管图像中的空间位置、以及实际的内脏器官的血管系统解剖学位置，确定该血管支段是动脉、静脉还是门脉的支段，确定之后用不同的颜色标识出来，便于用户观察。根据用户的选择进行分类，给予用户可操作的空间，能够提高分类的准确性，从而为后续的医学手术等提供准确的参考，提高医用参考价值。

本发明实施例提供了一种三维图像的校准方法，通过将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置，从而改变了三维重建模型所使用的二维数据范畴，进而根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像，实现了对第一三维图像的校正，使得再次三维重建后的第二三维图像更加准确，以符合实际建模需求，解决了现有技术中三维图像中出现三维重建对象重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。

实施例二

本发明实施例提供了一种三维图像的校准装置，该校准装置中各个功能单元与实施例一中三维图像的校准方法相对应，具体可以参考实施例一中的描述，在此不再赘述。如图4所示，该三维图像的校准装置40包括：

获取单元401，用于将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；

确定单元402，用于确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；

调整单元403，用于若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；

三维重建单元404，用于根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

可选的，一组二维图像中包括同一期、同一切面类型的二维图像，同一期包括动脉期、门脉期或平衡期，切面类型包括轴状面、冠状面或矢状面。

可选的，如图5所示，获取单元401包括：

第一获取子单元401a，用于获取在不同层数时第一三维图像中三维重建对象的组织边缘，层数与一组二维图像中二维图像的张数相对应；

第二获取子单元401b，用于获取第一三维图像中三维重建对象的组织边缘的位置信息；

绘制子单元401c，用于根据第二获取子单元401b获取的位置信息，在对应的第一二维图像上绘制得到第一三维图像的映射轮廓线。

可选的，如图5所示，调整单元403包括：

第三获取子单元403a，用于获取校准指令；

调整子单元403b，用于根据第三获取子单元403a获取的校准指令，将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置。

本发明实施例提供了一种三维图像的校准装置，通过将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取第一三维图像在一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；确定第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；若未重合，则将映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置，从而改变了三维重建模型所使用的二维数据范畴，进而根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像，实现了对第一三维图像的校正，使得再次三维重建后的第二三维图像更加准确，以符合实际建模需求，解决了现有技术中三维图像中出现三维重建对象重叠混杂，导致三维模型建立不够准确的问题。

本发明实施例还提供了一种三维图像的校准系统，包括：实施例二中所述的三维图像的校准装置和显示器；其中，显示器包括第一显示区域和第二显示区域，第一显示区域用于显示第一三维图像或第二三维图像，第二显示区域用于显示第一二维图像和第一三维图像在第一二维图像上的映射轮廓线。这样，通过显示器建模所需的二维图像和三维重建得到的第一三维图像和第二三维图像进行显示，便于用户直观的进行比对。需要说明的是，对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种三维图像的校准方法，其特征在于，包括：

将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取所述第一三维图像在所述一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；

确定所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；

若未重合，则将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；

根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一组二维图像中包括同一期、同一切面类型的二维图像，所述同一期包括动脉期、门脉期或平衡期，所述切面类型包括轴状面、冠状面或矢状面。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取所述第一三维图像在所述一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线包括：

获取在不同层数时所述第一三维图像中所述三维重建对象的组织边缘，所述层数与所述一组二维图像中二维图像的张数相对应；

获取所述第一三维图像中所述三维重建对象的组织边缘的位置信息；

根据所述位置信息，在对应的所述第一二维图像上绘制得到所述第一三维图像的映射轮廓线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置包括：

获取校准指令；

根据所述校准指令，将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置。

5.一种三维图像的校准装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于将第一三维图像映射到一组二维图像上，获取所述第一三维图像在所述一组二维图像中第一二维图像上的映射轮廓线；

确定单元，用于确定所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线与对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘是否重合；

调整单元，用于若未重合，则将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置；

三维重建单元，用于根据调整后的映射轮廓线所包含的二维数据，三维重建得到第二三维图像。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述一组二维图像中包括同一期、同一切面类型的二维图像，所述同一期包括动脉期、门脉期或平衡期，所述切面类型包括轴状面、冠状面或矢状面。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：

第一获取子单元，用于获取在不同层数时所述第一三维图像中所述三维重建对象的组织边缘，所述层数与所述一组二维图像中二维图像的张数相对应；

第二获取子单元，用于获取所述第一三维图像中所述三维重建对象的组织边缘的位置信息；

绘制子单元，用于根据所述第二获取子单元获取的位置信息，在对应的所述第一二维图像上绘制得到所述第一三维图像的映射轮廓线。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述调整单元包括：

第三获取子单元，用于获取校准指令；

调整子单元，用于根据所述第三获取子单元获取的校准指令，将所述映射轮廓线调整至对应的第一二维图像中三维重建对象的组织边缘所在的位置。

9.一种三维图像的校准系统，其特征在于，包括：权利要求5-8任一项所述的三维图像的校准装置和显示器；

其中，所述显示器包括第一显示区域和第二显示区域，所述第一显示区域用于显示所述第一三维图像或所述第二三维图像，所述第二显示区域用于显示所述第一二维图像和所述第一三维图像在所述第一二维图像上的映射轮廓线。