CN108122282A - 医学图像建模系统以及医学图像建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种医学图像建模系统包括处理装置、显示装置以及输入装置。处理装置用以执行图像处理模块，以基于生物骨骼组织的医学图像资料产生立体骨骼模型资料。显示装置依据医学图像资料以及立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示医学图像以及立体骨骼模型。输入装置用以接收参数指令，以使处理装置通过图像处理模块依据参数指令编辑立体骨骼模型。另外，一种医学图像建模方法也被提出。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像建模技术，尤其涉及一种医学图像建模系统以及医学图像建模方法。
背景技术
在骨骼修复的治疗过程中，通过人工骨骼的修复模型来进行骨骼缺损的复形，是目前的骨骼修复治疗手术中常见的治疗手段。然而，传统的人工骨骼的修复模型制作是先使用医学图像软件读取骨骼组织的医学图像，再通过转换软件将医学图像转换为立体的骨骼图像。因此，传统的人工骨骼的修复模型制作必须经由繁杂的图像档案格式转换，造成制作修复模型上的不便。据此，如何提供可同时处理分析医学图像以及立体骨骼模型的图像处理系统，并且可直接于图像处理系统中进行立体骨骼模型的编辑、绘制或模拟骨骼组织的修复模型，是目前重要的课题。
发明内容
本发明提供一种医学图像建模系统及其操作方法，可用以执行图像处理模块以依据生物骨骼构造的医学图像来建构出相对的立体骨骼模型，并且于同一操作介面中同时呈现医学图像以及立体骨骼模型。
本发明的医学图像建模系统包括处理装置、显示装置以及输入装置。处理装置用以执行图像处理模块，以基于生物骨骼组织的医学图像资料产生立体骨骼模型资料。显示装置耦接处理装置。显示装置用以依据医学图像资料以及立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示医学图像以及立体骨骼模型。输入装置耦接处理装置。输入装置用以接收参数指令，以使处理装置通过图像处理模块依据参数指令编辑立体骨骼模型。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像资料符合医疗数码图像传输协定(Digital Imaging Communications in Medicine,DICOM)，并且立体骨骼模型资料符合立体光刻(Stereo Lithography,STL)格式。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模系统还包括存储装置。存储装置耦接处理装置。存储装置用以存储图像处理模块以及力学分析模块。处理装置通过执行力学分析模块来分析立体骨骼模型，以取得建模参考资料。
在本发明的一实施例中，上述的处理装置整合建模参考资料至立体骨骼模型中，以使显示装置所显示的立体骨骼模型当中包括生物骨骼组织以及修复模型。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模系统还耦接外部的输出装置。输出装置用以依据修复模型制造实体模型物件。
在本发明的一实施例中，上述的处理装置更进一步分析医学图像资料，以取得生物骨骼组织的参考标志点、参考角度以及参考线的至少其中之一，以使显示装置于立体骨骼模型当中显示的生物骨骼组织上进一步标示参考标志点、参考角度以及参考线的至少其中之一。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模方法适用于医学图像建模系统。医学图像建模系统包括处理装置、显示装置以及输入装置。医学图像建模方法包括以下步骤。执行图像处理模块，以基于生物骨骼组织的医学图像资料产生立体骨骼模型资料。通过显示装置依据医学图像资料以及立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示医学图像以及立体骨骼模型。通过输入装置接收参数指令，以通过图像处理模块依据参数指令编辑立体骨骼模型。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像资料符合医疗数码图像传输协定，并且立体骨骼模型资料符合立体光刻格式。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模系统还包括存储装置用以存储图像处理模块以及力学分析模块。医学图像建模方法还包括以下步骤。通过执行力学分析模块来分析立体骨骼模型资料，以取得建模参考资料。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模方法还包括以下步骤。整合建模参考资料以及立体骨骼模型资料，以使显示装置所显示的立体骨骼模型当中包括生物骨骼组织以及修复模型。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模方法还包括以下步骤。通过输出装置依据修复模型制造实体模型物件。
在本发明的一实施例中，上述的医学图像建模方法还包括以下步骤。进一步通过图像处理模块分析医学图像资料，以取得生物骨骼组织的参考标志点、参考角度以及参考线的至少其中之一。于立体骨骼模型当中显示的生物骨骼组织上进一步标示参考标志点、参考角度以及参考线的至少其中之一。
基于上述，本发明实施例的医学图像建模系统及其方法可通过执行图像处理模块转换生物骨骼组织的医学图像资料为立体骨骼模型，并且可通过显示装置于同一操作介面中同时显示医学图像以及立体骨骼模型。本发明实施例的图像处理模块更进一步用于依据输入装置输入的参数指令来对于立体骨骼模型进行编辑、绘制。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附件作详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明一实施例的医学图像建模系统的示意图；
图2显示本发明一实施例的操作介面的示意图；
图3显示本发明一实施例的编辑立体骨骼模型的示意图；
图4显示本发明一实施例的分析医学图像的示意图；
图5显示本发明一实施例的医学图像建模方法的流程图。
附图标记说明：
100：医学图像建模系统
110：处理装置
120：显示装置
130：输入装置
140：存储装置
141：图像处理模块
142：力学分析模块
200：输出装置
DS：显示画面
L1～L5：参考线
MI1、MI2：医学图像
P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7：参考标志点
S510、S520、S530：步骤
SI、SI1、SI2：立体骨骼模型
SL：分析列表
θ：参考角度
具体实施方式
在本案说明书全文(包括申请专利范围)中所使用的“耦接”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接第二装置，则应该被解释成第一装置可以直接耦接至第二装置，或者第一装置可以通过其他装置、导线或某种连接手段而间接地耦接至第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。
图1显示本发明一实施例的医学图像建模系统的示意图。参考图1，医学图像建模系统100包括处理装置110、显示装置120、输入装置130以及存储装置140。处理装置110耦接显示装置120、输入装置130以及存储装置140。存储装置140可用以存储图像处理模块141以及力学分析模块142。在本实施例中，医学图像建模系统100可以接收由外部输入的医学图像资料，或预先于存储装置140中存储医学图像资料。需注意的是，本实施例的医学图像资料为符合医疗数码图像传输协定(Digital Imaging Communications in Medicine,DICOM)的断层扫描档，例如电脑断层扫描(Computed Tomography,CT)或核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等。并且，本实施例的医学图像资料是属于生物骨骼组织(Biological bone tissue)的图像资料。
在本实施例中，处理装置110通过执行图像处理模块141对生物骨骼组织的医学图像资料进行运算，以基于生物骨骼组织的医学图像资料产生立体骨骼模型资料，其中立体骨骼模型资料符合立体光刻(Stereo Lithography,STL)格式。并且，图像处理模块141可将多层二维医学图像(Pixle)切面堆叠而成的三维图像(Volumn)转换为三维立体网格(Mesh)资料，以产生以多边形的面形成的网格图像(Polygonal mesh)的立体骨骼模型。
在本实施例中，处理装置110可提供医学图像资料以及立体骨骼模型资料至显示装置120，以使显示装置120显示医学图像以及立体骨骼模型。医学图像建模系统100可通过输入装置130接收使用者提供的参数指令，以使处理装置110可依据使用者提供的参数指令通过图像处理模块141来编辑立体骨骼模型。
需注意的是，本实施例所述的图像处理模块141以及力学分析模块142是以软件形式来实作并存储在存储装置140中。本实施例的图像处理模块141是用于以一个软件形式的架构下直接将医学图像资料转换为立体骨骼模型资料，并且可对于立体骨骼模型进行绘制以及编辑，但本发明不限于此。在一实施例中，图像处理模块141也可为包括多个子模块的多个软件形式架构。例如，图像处理模块141可包括格式转换子模块以及模型编辑子模块。处理装置110可通过执行格式转换子模块将医学图像资料转换为立体骨骼模型资料，并且通过执行模型编辑子模块来编辑立体骨骼模型资料。此外，本实施例的力学分析模块142是用于搭配图像处理模块141执行的分析程序或演算法，以用于对医学图像资料进行力学分析。本实施例的图像处理模块141以及力学分析模块142可依据所属技术领域的通常知识获得足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
在本实施例中，处理装置110可包括由单核心或多核心组成的中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数码信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用积体电路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，可用以执行本发明各实施例的图像处理模块的相关运算指令或演算法。并且，存储装置140可为随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)或快闪存储器(Flash Memory)等，可至少用以存储本发明各实施例所述的图像处理模块141、力学分析模块142。
在本实施例中，输入装置130可例如是实体的键盘(Keyboard)、鼠标(Mouse)、按钮(Button)或触控板(Touchpad)等，诸如此类的实体元件。或者，输入装置130也可例如是属于执行软件程序所呈现的操作介面。举例来说，显示装置120可例如是具有触控功能的显示器。显示装置120可呈现操作介面的图像信息，并且使用者可通过触控显示装置120的方式来输入参数指令。或者，使用者也可通过额外的实体键盘来输入参数指令，本发明并不加以限制。
具体来说，本实施例的图像处理模块141可从生物骨骼组织的医学图像中提取骨骼表面，以形成立体骨骼模型。首先，本实施例的处理装置110通过执行图像处理模块141将断层扫描得到的医学图像资料中的多张切层图像进行图像分割(Image segmentation)，以将骨骼组织部分的图像像素留下，并去除其他组织的图像像素。图像分割的图像处理原理是依据韩森费尔德单位(Hounsfield Unit,HU)数值来判断以图像中的像素是否为骨骼组织。接着，图像处理模块141可包括三维重建图像演算法(Volume rendering algorithm)。本实施例的处理装置110可通过执行三维重建图像演算法对于上述的骨骼组织部分的图像像素进行三维重建。再接着，图像处理模块141可还包括立方体演算法(Marching cubesalgorithm)的转换演算法。本实施例的处理装置110可通过执行立方体演算法将三维重建后的医学图像转换为符合立体光刻格式的立体骨骼模型。最后，医学图像建模系统100可通过显示装置120于同一操作介面中(或同一显示画面中)，以同时显示医学图像以及立体骨骼模型。也就是说，使用者可于显示装置120所显示的同一操作介面的显示画面中，同时观看医学图像以及立体骨骼模型，并且对立体骨骼模型进行绘制以及编辑。
举例来说，图2显示本发明一实施例的操作介面的示意图。同参考图1以及图2，本实施例的立体骨骼模型可用于图像编辑处理。因此，当医学图像建模系统100通过执行图像处理模块141，以使于同一操作介面的显示画面DS中同时显示医学图像MI1、MI2以及立体骨骼模型SI时，使用者可通过输入装置130来输入有关于修改或编辑立体骨骼模型SI的参数指令，以对立体骨骼模型SI进行绘制编辑，其中医学图像MI1为二维医学图像，且医学图像MI2为二维医学图像。举例来说，立体图像可例如是一种立体光刻(Stereo Lithography)格式的网格图像。因此，处理装置110可执行如SolidWorks的电脑辅助绘图软件(ComputerAided Drawing,CAD)的立体绘图功能，以对立体骨骼模型SI进行绘制以及编辑。另外，显示画面DS所示的操作介面中可进一步包括分析列表SL。分析列表SL可包括多种预设骨骼的描绘分析功能供使用者点选。预设骨骼的描绘分析功能可例如包括侧颅分析(cephalometricanalysis)当中的相关参考标志点、参考线或参考角度等。当使用者点选描绘分析功能时，图像处理模块141将对立体骨骼模型SI进行分析，以取得相关数值或于立体骨骼模型SI当中显示相关标示信息，以下图4实施例将有进一步说明。
附带一提的是，显示画面DS所示的操作接口中还可进一步包括模式切换模块、功能快捷模块或工作状态模块等。本实施例的医学图像建模系统100可藉由输入设备130接收用户提供的参数指令，以使处理装置110反应于用户提供的参数指令来操作图像处理模块141、模式切换模块、功能快捷模块或工作状态模块等，进而来决定操作显示画面DS所示的操作介面内容或立体骨骼模型SI的编辑模式。
再举例来说，图3显示本发明一实施例的编辑立体骨骼模型的示意图。参考图1以及图3，使用者可将立体骨骼模型SI1当中的部分骨骼组织移除并且进行编辑，以建立修复模型。在本实施例中，当医学图像建模系统100于同一操作介面的显示画面DS中同时显示医学图像MI1、MI2以及立体骨骼模型SI1时，处理装置110除了可依据使用者输入的参数指令通过图像处理模块141对立体骨骼模型SI1进行绘制编辑之外，处理装置110还可依据内建的力学分析模块142对立体骨骼模型SI1进行骨骼生物力学分析(Biomechanical analysisof bone)，以取得对应的建模参考资料，例如是骨质密度、骨质硬度或是受力影响等资料。并且，处理装置110可依据建模参考资料来对立体骨骼模型SI1进行绘制以及编辑，以绘制如立体骨骼模型SI2当中的修复模型RM。在一实施例中，处理装置110也可直接模拟修复模型RM作为建模参考资料。在本实施例中，医学图像MI1可例如是头颅的立体图，并且医学图像MI2可例如是头颅的多个断层剖面图。也就是说，使用者于绘制编辑立体骨骼模型SI1的同时，可同时参考到医学图像MI1、MI2，并且医学图像MI1、MI2的显示深度以及视角可依据使用者需求进行调整，而不限于图3所示。
在本实施例中，医学图像建模系统100可进一步耦接输出装置200。当立体骨骼模型SI2中的修复模型RM绘制完成后，医学图像建模系统100可通过输出装置200来制造实体模型物件。在本实施例中，输出装置200可例如是自动建模装置或是三维列印(3DPrinting)印表机。处理装置110可输出修复模型RM的建模资料至输出装置200，其中建模资料符合立体光刻格式。因此，输出装置200可依据修复模型RM的建模资料制造实体模型物件。
图4显示本发明一实施例的分析医学图像的示意图。同时参考图1以及图4，举侧颅分析为例。当使用者欲对于人体头骨的侧颅的某部分骨骼进行建模时，本实施例的处理装置110可进一步通过执行图像处理模块141以针对侧颅的医学图像进行分析，以取得如图4所示的医学分析图像。在侧颅分析的医学图像中，处理装置110可针对头颅侧面骨骼进行分析，以取得如图4所示的参考标志点P1～P7、参考线L1～L5以及参考角度θ。在本实施例中，参考标志点P1～P7可例如是蝶鞍点(Sella)、鼻根点(Nasion)、颚骨点(Maxilla)、鼻棘点(Nasal Spine)或下颚骨联合处(Mandibular symphysis)等，诸如此类的基准点。在本实施例中，参考线L1可例如是P1与P2的连线。参考线L2、L3可例如是P2分别至P3、P4的连线。L4可例如是P5至P6的连线。L5可例如是下颚骨的边界基准线。参考角度θ可例如是参考线L2、L3夹角等。
也就是说，本实施例的处理装置110可通过图像处理模块141将参考标志点P1～P7、参考角度θ以及参考线L1～L5对应标示于如上述各实施例的立体骨骼模型当中。因此，当使用者在编辑或绘制立体骨骼模型的同时，可依据这些参考标志点P1～P7、参考角度θ以及参考线L1～L5来辅助绘制其修复模型。然而，图像处理模块141分析医学图像所取的医学分析图像不限于图4所示。在一实施例中，医学分析图像当中的参考标志点、参考角度以及参考线可依据对应的生物骨骼组织的种类来决定。
然而，须说明的是，本发明实施例的医学图像建模不限于上述图2～4的头颅图像。本发明实施例的医学图像处理也可适用于各种生物骨骼图像的图像处理、分析以及建模。
图5显示本发明一实施例的医学图像建模方法的流程图。同时参考图1以及图5，本实施例的医学图像建模方法可至少适用于图1的医学图像建模系统100。在本实施例中，医学图像建模系统100可包括处理装置110、显示装置120、输入装置130以及存储装置140。存储装置140可存储图像处理模块141以及力学分析模块142。在本实施例中，医学图像建模方法可包括以下步骤。在步骤S510中，医学图像建模系统100可通过处理装置110可执行图像处理模块141以基于生物骨骼组织的医学图像资料产生立体骨骼模型资料。接着，在步骤S520中，医学图像建模系统100可通过显示装置120依据医学图像资料以及立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示医学图像以及立体骨骼模型。最后，在步骤S530中，医学图像建模系统100可通过输入装置130接收参数指令，以通过图像处理模块141依据参数指令编辑立体骨骼模型。
此外，本实施例的医学图像建模方法的其他相关实施方式可依据上述图1～图4实施例中获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。
综上所述，本发明实施例的医学图像建模系统及其方法可通过执行图像处理模块，将符合医疗数码图像传输协定的医学图像转换成符合立体光刻格式的立体网格图像，并且可针对立体图像进行编辑以及绘制。并且，本发明实施例的医学图像建模系统可通过显示装置于同一操作介面中同时显示生物骨骼组织的医学图像以及立体骨骼模型。也就是说，使用者可于编辑以及绘制立体骨骼模型的同时可对应参考医学图像的相关骨骼信息。此外，本发明实施例的医学图像建模系统可进一步针对医学图像进行分析，以取得有关生物骨骼组织的参考标志点、参考角度以及参考线，并且整合标示于立体图像当中。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。
Claims (12)
1.一种医学图像建模系统，其特征在于，包括：
处理装置，用以执行一图像处理模块，以基于一生物骨骼组织的一医学图像资料产生一立体骨骼模型资料；
显示装置，耦接所述处理装置，用以依据所述医学图像资料以及所述立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示一医学图像以及一立体骨骼模型；以及
输入装置，耦接所述处理装置，用以接收一参数指令，以使所述处理装置通过所述图像处理模块依据所述参数指令编辑所述立体骨骼模型。
2.根据权利要求1所述的医学图像建模系统，其特征在于，所述医学图像资料符合一医疗数码图像传输协定，并且所述立体骨骼模型资料符合一立体光刻格式。
3.根据权利要求1所述的医学图像建模系统，其特征在于，还包括：
存储装置，耦接所述处理装置，用以存储所述图像处理模块以及一力学分析模块，
其中所述处理装置通过执行所述力学分析模块来分析所述立体骨骼模型，以取得一建模参考资料。
4.根据权利要求3所述的医学图像建模系统，其特征在于，所述处理装置整合所述建模参考资料至所述立体骨骼模型中，以使所述显示装置所显示的所述立体骨骼模型当中包括所述生物骨骼组织以及一修复模型。
5.根据权利要求4所述的医学图像建模系统，其特征在于，所述医学图像建模系统更耦接外部的一输出装置，并且所述输出装置用以依据所述修复模型制造一实体模型物件。
6.根据权利要求1所述的医学图像建模系统，其特征在于，所述处理装置更进一步通过图像处理模块分析所述医学图像资料，以取得所述生物骨骼组织的一参考标志点、一参考角度以及一参考线的至少其中之一，以使所述显示装置于所述立体骨骼模型当中显示的所述生物骨骼组织上进一步标示所述参考标志点、所述参考角度以及所述参考线的至少其中之一。
7.一种医学图像建模方法，适用于一医学图像建模系统，并且所述医学图像建模系统包括一处理装置、一显示装置以及一输入装置，其特征在于，所述方法包括：
执行一图像处理模块，以基于一生物骨骼组织的一医学图像资料产生一立体骨骼模型资料；
通过所述显示装置依据所述医学图像资料以及所述立体骨骼模型资料于同一操作介面中同时显示一医学图像以及一立体骨骼模型；以及
通过所述输入装置接收一参数指令，以通过所述图像处理模块依据所述参数指令编辑所述立体骨骼模型。
8.根据权利要求7所述的医学图像建模方法，其特征在于，所述医学图像资料符合一医疗数码图像传输协定，并且所述立体骨骼模型资料符合一立体光刻格式。
9.根据权利要求7所述的医学图像建模方法，其特征在于，所述医学图像建模系统还包括一存储装置用以存储所述图像处理模块以及一力学分析模块，其中所述方法还包括：
通过执行所述力学分析模块来分析所述立体骨骼模型资料，以取得一建模参考资料。
10.根据权利要求9所述的医学图像建模方法，其特征在于，还包括：
整合所述建模参考资料以及所述立体骨骼模型资料，以使所述显示装置所显示的所述立体骨骼模型当中包括所述生物骨骼组织以及一修复模型。
11.根据权利要求10所述的医学图像建模方法，其特征在于，还包括：
通过一输出装置依据所述修复模型制造一实体模型物件。
12.根据权利要求7所述的医学图像建模方法，其特征在于，还包括：
进一步通过图像处理模块分析所述医学图像资料，以取得所述生物骨骼组织的一参考标志点、一参考角度以及一参考线的至少其中之一；以及
于所述立体骨骼模型当中显示的所述生物骨骼组织上进一步标示所述参考标志点、所述参考角度以及所述参考线的至少其中之一。
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