CN108013892A - 多平面重建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多平面重建方法。该多平面重建方法包括：获取断层图像；在所述断层图像中定位半规管所在的目标区域；在所述目标区域内确定所述半规管的中心线；及根据所述半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。本申请还提供一种多平面重建系统。

Description

多平面重建方法和系统

技术领域

本申请涉及一种多平面重建方法和系统，尤其涉及一种对内耳的半规管进行多平面图像重建的方法和系统。

背景技术

内耳又称迷路，结构微小，由骨迷路和膜迷路构成。骨迷路包括骨半规管、前庭和耳蜗。骨半规管分为前骨半规管、后骨半规管和外骨半规管。内耳的影像学检查中计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)应用最为广泛。临床应用中，医生基本上采用传统手动的方式进行骨半规管的指标测量。由于骨半规管较小，手动测量操作复杂，费时费力，且精度较低。因此，目前内耳疾病的影像学诊断，特别是内耳畸形的诊断多局限于单纯的形态学观察，对于一些轻度或微小的发育畸形，较难确切诊断。

发明内容

有鉴于此，本申请的一个方面提供一种多平面重建方法。该多平面重建方法包括：获取断层图像；在所述断层图像中定位半规管所在的目标区域；在所述目标区域内确定所述半规管的中心线；及根据所述半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。

本申请的另一个方面提供一种多平面重建系统。该多平面重建系统包括：图像获取单元，用来获取断层图像；定位单元，用来在所述断层图像中定位半规管所在的目标区域；中心线确定单元，用来在所述目标区域内确定所述半规管的中心线；及重建单元，用来根据所述半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。

附图说明

图1为本申请的多平面重建方法的一个实施例的流程图；

图2为一个实施例的显示耳道的断层图像；

图3为一个实施例的显示目标区域的断层图像；

图4为图1的多平面重建方法的确定半规管的中心线的步骤的一个实施例的子流程图；

图5为一个实施例的显示外半规管区域的断层图像；

图6为一个实施例的根据中心点生成截面图像的示意图；

图7为一个实施例的显示外半规管中心线的图像；

图8为一个实施例的外半规管的不同角度的管状模型图像；

图9为一个实施例的半规管的不同角度的模型图像；

图10为一个实施例的前半规管的管状模型图像；

图11为一个实施例的后半规管的管状模型图像；

图12为一个实施例的外半规管、前半规管和后半规管的多平面重建图像；

图13为一个实施例的外半规管、前半规管和后半规管的多平面重建图像所在的平面相交的示意图；

图14为一个实施例的后半规管的多平面重建图像和前半规管的多平面重建图像；

图15为一个实施例的半规管的截面面积曲线图和对应的截面图像；

图16为本申请的多平面重建系统的一个实施例的模块示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

图1所示为一个实施例的多平面重建(Multiple Planar Reconstruction，MPR)方法10的流程图。本实施例中，多平面重建方法10可用来生成内耳的半规管(或称作“骨半规管”)的多平面重建图像。多平面重建方法10包括步骤11-14。其中，

步骤11中，获取断层图像。

本实施例中，获取CT扫描产生的多幅断层图像。在本实施例中，断层图像为头部的断层图像，其包含内耳的断层图像。

步骤12中，在断层图像中定位半规管所在的目标区域。

目标区域至少包含半规管。在一个实施例中，目标区域包含半规管、前庭和耳蜗等组织，该目标区域为内耳区域。目标区域内的组织被脑实质、乳突窦，乳突小房等低密度组织包围，因此目标区域在断层图像中显示为高亮区域。

在一个实施例中，在断层图像中确定耳道，且根据断层图像中确定的耳道来定位半规管所在的目标区域。

耳道起始于耳廓，内含空气，与鼓室连接，耳道为管状结构，内部灰度值较低，如图2的图(A)中框出的区域中的较暗部分21所示。本实施例中，采用霍夫(Hough)变换检测圆的方法或者模板匹配的方法从断层图像中确定耳道。从靠近颈部向靠近头顶的方向断层扫描产生的多幅断层图像中用霍夫变化依次检测类圆。如果在连续的多幅断层图像中检测到灰度较低的类圆，例如图2的图(A)中的较暗部分21，认为检测到的类圆为耳道。如此直到检测到泄露。

“泄露”指耳道的灰度较低的类圆与周边的灰度较低的区域连接。如图2的图(B)中框出的区域中的类圆22与周边的灰度较低的大面积区域连通，此为检测到泄露。该断层图像对应的位置为耳道的泄露位置，该泄露位置为临界位置，表示耳道延伸到此位置为止。如此在断层图像中确定耳道。

获得该临界位置，以该临界位置为种子点，继续在往靠近头顶方向扫描的断层图像中三维方向地检测大面积高亮区域，即目标区域。图3示出了一幅断层图像中的大面积高亮区域31，为目标区域在该断层图像中的二维区域。目标区域为三维区域，包括连续的多幅断层图像中的二维区域。检测到目标区域，获得目标区域的包围盒范围，例如，但不限于此，包围盒长为23mm，宽为16mm，高为20mm。如此根据断层图像中的耳道定位半规管所在的目标区域。

继续参考图1，步骤13中，在目标区域内确定半规管的中心线。

半规管包括三个子半规管，分别为外半规管(或称作“外骨半规管”)、前半规管(或称作“前骨半规管”)和后半规管(或称作“后骨半规管”)。

在目标区域内分别确定子半规管的中心线。在一个实施例中，在目标区域中定位半规管的子半规管的子区域和子区域的中心点，根据子区域的中心点生成一系列沿半径方向的截面图像，且根据截面图像生成子半规管的中心线。

根据子半规管的中心线分割子半规管，且根据分割的子半规管确定半规管的多个脚点。在一个实施例中，确定半规管的其中一个子半规管的中心线和半规管的多个脚点，且根据子半规管的中心线和脚点确定半规管的其余至少一个子半规管的中心线。

结合参考图4，图4所示为一个实施例的确定半规管的中心线的步骤13的子流程图。在图4的实施例中，先确定外半规管的中心线和多个脚点，然后根据外半规管的中心线和至少部分脚点确定前半规管的中心线和脚点，之后根据前半规管的中心线和上述确定的至少部分脚点确定后半规管的中心线。步骤13包括子步骤130-138。其中，

子步骤130中，在目标区域内定位外半规管的区域和中心点，即定位半规管的子半规管的子区域和子区域的中心点。

本实施例中，在断层图像中的高亮区域通过霍夫变换检测圆的方法或模板匹配的方法检测外半规管环绕的类圆形的高亮区域。如果检测到类圆形的高亮区域，认为该区域为外半规管的区域，即子区域。并且确定半规管区域的最大圆的中心点C和半径R，即定位子区域的中心点。

如图5中框出的区域51，灰度较低的环形外半规管环绕类圆形的高亮区域，为外半规管区域。本实施例中，从靠近颈部到靠近头顶的方向上断层扫描，断层的方向(即CT扫描的横断面方向)大致垂直于颈部中心和头顶中心的连线。根据半规管的结构特征和位置特征，外半规管基本与断层的方向平行，其在断层图像中显示为环形，截面较大，如此在断层图像中较容易检测到外半规管。然而前半规管和后半规管以一定的角度倾斜于断层方向，在断层图像中的截面较小，在断层图像中较难检测到。

子步骤131中，确定外半规管的中心线。

根据外半规管的区域的中心点C生成一系列沿半径方向的截面图像，且根据截面图像生成外半规管的中心线。

结合参考图6，根据断层图像和中心点C生成一系列沿半径R方向的截面图像。截面图像所在的平面与最大圆所在的平面垂直，即与断层图像所在的平面垂直。仅为了图示说明的作用，图中仅示意出一幅截面图像所在的平面61。图6中B为截面图像的中心点，即最大圆与截面图像的交点。CA为一系列截面图像的轴方向，CB为半径R。

根据该一系列的截面图像生成三维图像，且对三维图像滤波生成以外半规管的中心点C为中心的响应图像。对三维图像滤波可使得外半规管的边界更清晰。可根据三维图像中外半规管的两两点距离和边界差分值进行滤波。在一个实施例中，通过多尺度圆的边界差分值来滤波，例如多尺度为1、3、5、7等。

响应图像作为代价值生成从第一幅截面图像到最后一幅截面图像的最小代价路径，即外半规管的中心线(或称作“中心路径”)。图7示出外半规管的中心线71。

子步骤132中，根据外半规管的中心线分割外半规管。

沿垂直于中心线的截面根据灰度信息确定外半规管的轮廓边界，生成外半规管的管状模型，实现将外半规管从半规管中分割出，即从图像中提取出外半规管。图像的灰度信息小于外半规管的灰度阈值时，该图像为外半规管的图像。检测出灰度信息小于外半规管的灰度阈值的区域来确定外半规管的轮廓边界。在本实施例中，将前庭和外半规管一起分割出来。如图8所示，图(A)和图(B)分别为外半规管和前庭的不同角度的管状模型。

子步骤133中，根据分割出的外半规管确定脚点。

图9的两幅图分别为半规管的不同角度的示意图。如图9所示，其中标号1标示前半规管，标号2标示后半规管，标号3标示外半规管，标号4标示前庭，半规管的脚点包括总脚a、单脚b、c、d、e和总脚分叉点f。

根据分割出的外半规管和半规管的管腔结构特征，确定外半规管3的脚点c和d、前半规管1的脚点b、后半规管2的脚点e和总脚分叉点f。在一个实施例中，从分割出的外半规管的模型中定位前庭，从前庭向外半规管的管体方向检测，当检测到管腔从一个连通区变到两个连通区，确定该位置为脚点位置。根据分割出的外半规管可以确定大部分的脚点。

子步骤134中，根据至少部分已确定的脚点来确定前半规管的中心线。

根据已确定的前半规管的脚点b和总脚分叉点f，生成垂直于外半规管的中心线的平面，该平面为前半规管所在的平面。且根据前半规管的脚点b和总脚分叉点f，确定前半规管的中心点和半径。

类似于确定外半规管的中心线的子步骤131的方法，根据前半规管的中心点和半径确定前半规管的中心线。

子步骤135中，根据前半规管的中心线分割前半规管。

类似于分割外半规管的子步骤132的方法，根据前半规管的中心线分割前半规管，生成前半规管的管状模型，实现将前半规管从半规管中分割出，即从图像中提取出前半规管。如图10所示，为前半规管的管状模型。

子步骤136中，根据分割出的前半规管确定脚点。

类似于子步骤133中确定脚点的方法，根据分割出的前半规管和管腔结构特征，确定前半规管的总脚a。

子步骤137中，根据至少部分已确定的脚点来确定后半规管的中心线。

根据已确定的后半规管的脚点e和总脚分叉点f，生成垂直于外半规管的中心线的另一平面，该平面为后半规管所在的平面。且根据后半规管的脚点e和总脚分叉点f，确定后半规管的中心点和半径。

类似于确定外半规管的中心线的子步骤131的方法，根据后半规管的中心点和半径确定后半规管的中心线。

子步骤138中，根据后半规管的中心线分割后半规管。

类似于分割外半规管的子步骤132的方法，根据后半规管的中心线分割后半规管，生成后半规管的管状模型，实现将后半规管从半规管中分割出，即从图像中提取出后半规管。如图11所示，为后半规管的管状模型。

图4中的实施例仅为实现确定半规管的中心线的步骤13的一个实施例，并不限于此。在另一个实施例中，在目标区域内设置半规管的脚点，根据脚点确定半规管的中心线。在本实施例中，手动设置多个脚点，其包括总脚a、四个单脚b、c、d、e和总脚分叉点f，如图9所示。根据脚点确定各个子半规管的中心线。且根据中心线分割各个子半规管。

继续参考图1，步骤14中，根据半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。

根据上述获得的各个子半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像，该图像能显示完整的半规管的管腔组织。图12中图(A)、(B)、(C)分别为外半规管、前半规管和后半规管的多平面重建图像。从多平面重建图像中可以测量若干参数，例如，子半规管所在平面之间的夹角、半规管的尺寸等，可以自动或手动地测量。自动地测量参数，例如自动测量脚点之间的距离或其他两点之间的距离，自动地定位脚点之间的中点，自动定位半规管的顶点等。

参考图13，测量三个子半规管所在的平面两两之间的夹角α、β、δ。图像I1为后半规管的多平面重建图像，图像I2为前半规管的多平面重建图像，图像I3为外半规管的多平面重建图像，图像I3平行于水平面。夹角α为前半规管平面与外半规管平面的夹角，夹角β为后半规管平面与外半规管平面的夹角，夹角δ为后半规管平面与前半规管平面的夹角。

参考图14，测量前庭长度R1，即在外半规管的多平面重建图像中测量前庭的最大长径。可计算脚点c和d之间的距离获得前庭长度R1。

测量前庭宽度R2，即在外半规管的多平面重建图像中垂直于前庭长径测量前庭最大宽径。可计算脚点c和d的中点，即前庭的最大长径的中点。根据外半规管的切割结果，经过中点沿垂直于脚点c和d的连线方向(即垂直于长径方向)分别检测外半规管的两个边界点，测量两个边界点的距离，即为前庭宽度R2。

测量外半规管的中心骨岛的长度R3，即在外半规管的多平面重建图像中测量外半规管的中心骨岛的最大长径。

测量外半规管的中心骨岛的宽度R4，即在外半规管的多平面重建图像中垂直于外半规管的中心骨岛的长径测量其最大宽径。

测量子半规管的高度R5，即测量子半规管的顶点到前庭的垂直距离。对于每个子半规管，根据子半规管的分割结果，以子半规管的中心点为中点，沿垂直于子半规管的两个脚点的连线的方向，向一侧检测子半规管的顶点，向另一侧检测子半规管的中心骨岛的边界点，计算顶点和边界点之间的距离，即为子半规管高度。可以测量外半规管的高度、前半规管的高度和/或后半规管的高度。

测量子半规管的宽度R6，即测量垂直于子半规管的高度方向的最大宽度。对于每个子半规管，根据子半规管的分割结果，以子半规管的中心点为中点，沿垂直于子半规管的顶点和中心骨岛的边界点的连线的方向，向两侧检测子半规管的外边界点，两个外边界点之间的距离即为子半规管的宽度。可以测量外半规管的宽度、前半规管的宽度和/或后半规管的宽度。

测量子半规管的管径，即测量子半规管的顶点处的管腔直径。对于每个子半规管，根据子半规管的分割结果，经过子半规管的中心点和子半规管的顶点的直线与子半规管的内边界相交，该交点与顶点之间的距离为管径。可以测量外半规管的管径、前半规管的管径和/或后半规管的管径。

测量子半规管的周长，即测量子半规管中心线的长度。对于每个子半规管，根据获得的子半规管的中心线，统计中心线的两两点之间的距离和fSumDis。周长fCircumference可按照如下表达式计算获得：fCircumference＝fSumDis×fUnitmm。其中fUnitmm为图像物理单位，其为像素单位。周长fCircumference的单位可以是毫米(mm)。可以测量外半规管的周长、前半规管的周长和/或后半规管的周长。

测量子半规管的内径，即在多个(例如3个)不同的位置对子半规管的内径进行测量取其平均值。对于每个子半规管，根据子半规管的分割结果，以子半规管的中心点为中点，分别向多个不同方向检测子半规管的内边界，计算中心点到内边界点的距离，取平均值后得到子半规管的内径。可以测量外半规管的内径、前半规管的内径和/或后半规管的内径。

测量子半规管的面积曲线，即测量子半规管的截面面积曲线。对于每个子半规管，根据子半规管的分割结果，生成子半规管中心线方向的截面面积曲线。图15示出一个实施例的截面面积的曲线和对应的子半规管的截面图像。

测量总脚长度，即前半规管和后半规管的连接处的中点到前庭的垂直距离。计算总脚a和总脚分叉点f之间的距离获得总脚长度。

根据半规管的多平面重建图像还可测量除了上述提及的参数之外的其他参数。通过多平面重建图像可以方便测量半规管，提高测量的精度，且省时省力。

多平面重建方法10和步骤13的动作以模块的形式图示，图1和图4所示的模块的先后顺序和模块中的动作的划分并非限于图示的实施例。例如，模块可以按照不同的顺序进行；一个模块中的动作可以与另一个模块中的动作组合，或拆分为多个模块。

与前述多平面重建方法10的实施例相对应，本申请还提供了多平面重建系统的实施例。图16所示为一个实施例的多平面重建系统1600的示意图。多平面重建系统1600包括图像获取单元1601、定位单元1602、中心线确定单元1603和重建单元1604。

图像获取单元1601用来获取断层图像，可执行方法10的步骤11。在一个实施例中，图像获取单元1601可与CT扫描装置(未图示)连接，接收CT扫描装置对头部扫描产生的投影数据，重建CT断层图像。在一个实施例中，图像获取单元1601与显示器(未图示)连接，可通过显示器显示断层图像。

定位单元1602用来在断层图像中定位半规管所在的目标区域，可执行方法10的步骤12。在一个实施例中，定位单元1602用来在断层图像中确定耳道，且根据断层图像中确定的耳道来定位半规管所在的目标区域。

中心线确定单元1603用来在目标区域内确定半规管的中心线，可执行方法10的步骤13及其子步骤130-138。

重建单元1604用来根据半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像，可执行方法10的步骤14。重建单元1604可与显示器(未图示)连接，可通过显示器显示半规管的多平面重建图像。

本实施例中，多平面重建系统1600还包括测量单元1605，用来根据多平面重建图像测量若干参数。测量的参数也可通过显示器输出。多平面重建系统1600还可包括输入设备，例如鼠标、键盘等，可提供手动地设置脚点、手动地测量参数等。

多平面重建系统1600的图像获取单元1601、定位单元1602、中心线确定单元1603、重建单元1604和测量单元1605可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。多平面重建系统1600还可包含其他未图示的元件，例如存储器、显示器、输入设备等。上述多平面重建系统1600中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述多平面重建方法10中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部部件来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种多平面重建方法，其特征在于：其包括：

获取断层图像；

在所述断层图像中定位半规管所在的目标区域；

在所述目标区域内确定所述半规管的中心线；及

根据所述半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。

2.如权利要求1所述的多平面重建方法，其特征在于：所述定位半规管所在的目标区域的步骤包括：在所述断层图像中确定耳道，且根据所述断层图像中确定的耳道来定位所述半规管所在的目标区域。

3.如权利要求2所述的多平面重建方法，其特征在于：所述确定耳道的步骤包括通过霍夫变换检测圆的方法或模板匹配的方法检测耳道。

4.如权利要求1所述的多平面重建方法，其特征在于：所述确定半规管的中心线的步骤包括：在所述目标区域中定位所述半规管的子半规管的子区域和所述子区域的中心点，根据所述子区域的中心点生成一系列沿半径方向的截面图像，且根据所述截面图像生成所述子半规管的中心线。

5.如权利要求4所述的多平面重建方法，其特征在于：所述定位半规管的子半规管的子区域的步骤包括通过霍夫变换检测圆的方法或者模板匹配的方法定位子半规管的子区域。

6.如权利要求4所述的多平面重建方法，其特征在于：所述多平面重建方法包括：根据所述子半规管的中心线分割出所述子半规管，且根据所述分割出来的子半规管确定所述半规管的多个脚点。

7.如权利要求1所述的多平面重建方法，其特征在于：所述确定半规管的中心线的步骤包括：确定所述半规管的其中一个子半规管的中心线和所述半规管的多个脚点，且根据所述子半规管的中心线和所述脚点确定所述半规管的其余至少一个子半规管的中心线。

8.如权利要求1所述的多平面重建方法，其特征在于：所述确定半规管的中心线的步骤包括：在目标区域内设置所述半规管的脚点，根据所述脚点确定所述半规管的中心线。

9.如权利要求1所述的多平面重建方法，其特征在于：所述多平面重建方法包括根据多平面重建图像测得所述半规管的参数。

10.一种多平面重建系统，其特征在于：其包括：

图像获取单元，用来获取断层图像；

定位单元，用来在所述断层图像中定位半规管所在的目标区域；

中心线确定单元，用来在所述目标区域内确定所述半规管的中心线；及

重建单元，用来根据所述半规管的中心线生成半规管的多平面重建图像。

11.如权利要求10所述的多平面重建系统，其特征在于：所述定位单元用来在所述断层图像中确定耳道，且根据所述断层图像中确定的耳道来定位所述半规管所在的目标区域。

12.如权利要求10所述的多平面重建系统，其特征在于：所述中心线确定单元用来在所述目标区域中定位所述半规管的子半规管的子区域和所述子区域的中心点，根据所述子区域的中心点生成一系列沿半径方向的截面图像，且根据所述截面图像生成所述子半规管的中心线。

13.如权利要求12所述的多平面重建系统，其特征在于：所述中心线确定单元用来根据所述子半规管的中心线分割子半规管，且根据所述分割的子半规管确定所述半规管的多个脚点。