CN108320314B - 一种基于ct横断图像的图像处理方法和装置、显示系统 - Google Patents

一种基于ct横断图像的图像处理方法和装置、显示系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于CT横断图像的图像处理方法，该方法包括：获取若干幅CT横断图像；基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；根据肋骨轮廓从所述多平面重建图像提取肋骨中心线；基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素；依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。本发明实现了快速而有效的诊断肋骨骨折、减少诊断医生的重复工作强度、减少诊断时间、提高诊断准确率，在实际工作中具有很强的实用性和必要性。

Description

一种基于CT横断图像的图像处理方法和装置、显示系统
技术领域
本发明涉及医疗图像显示领域，尤其涉及一种基于CT横断图像的图像处理方法和装置、显示系统。
背景技术
随着社会发展，胸部外伤患者增多，CT是诊断肋骨骨折的最重要及最有效的检查手段，目前，传统的肋骨骨折CT诊断模式是以横断图像为主，辅助以三维图像定位。如图1所示，目前利用CT图像诊断的流程如下：a.逐层并完整浏览横断图像，发现骨折及可疑骨折并进行记录；b.在完整浏览横断图像后，转至肋骨VR图像，去掉床板及肩胛骨，对上述发现的骨折及可疑骨折在 VR图像上定位及观察骨折空间形态等；c.进一步旋转VR图像，以查找有无遗漏及可疑处，如果没有发现异常，d.则直接出诊断报告；如果发现异常，e.则将十字标定点拖动至可疑处并返回横断图像观察是否骨折，必要时辅以MPR 或CPR图像，如此反复，直至没有可疑点后，出诊断报告。
随着CT的发展，扫描层厚越来越薄，因此，在当前的诊断模式下，采用常用的1.25mm层厚对一位胸部外伤患者完成一次肋骨诊断，需要观察约300 幅横断图像，同时还需肋骨VR图像反复旋转观察，并返回横断图像以明确。鉴于肋骨数量多，走行不在同一平面且骨折细小难于观察等因素，诊断医生往往需要重复观察，以防漏诊及误诊，导致了诊断效率很低而且机械性重复工作量大。而此类患者往往很急，甚至有可能伴有其他部位损伤，因此，如何在 CT图像上快速而有效的诊断肋骨骨折、减少诊断医生的重复工作强度、减少诊断时间、提高诊断准确率，是需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
本发明的一个方面，提供了一种基于CT横断图像的图像处理方法，该方法包括：
获取若干幅CT横断图像；
基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
基于肋骨的物理结构的轮廓，从所述多平面重建图像逐层根据正交面确定肋骨中心点并连接成相应肋骨中心线；
基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素；
依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
可选的，所述步骤基于所述肋骨中心线形成肋骨套管，具体包括：
计算第一肋骨线、第二肋骨线之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管。
可选的，将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管，具体包括：
从根部向尖部逐像素遍历每根肋骨线，设为P2；
取相邻肋骨线同步调像素p1,p3；
计算上下半径
Figure BDA0001534429940000021
根据公式
Figure BDA0001534429940000022
可计算得到肋骨线一周可计算像素区域。
可选的，将所述肋骨套管拉直，具体包括：
为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；
确定圆盘上各像素；
将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨管。
可选的，利用体绘制方式确定圆盘上各像素。
可选的，将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素，具体包括：
计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；
根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；
根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；
根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；
组合所有像素点，形成套管内图像。
本发明还提供一种基于CT横断图像的图像处理装置，该装置包括：
获取单元，用于获取若干幅CT横断图像；
多平面重建单元，用于基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
肋骨中心线提取单元，用于根据肋骨轮廓从所述多平面重建正交图像逐层提取肋骨中心点并连接成中心线；
肋骨套管形成单元，用于基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
肋骨套管数据处理单元，用于将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素；
肋骨平面化显示单元，用于依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
可选的，所述肋骨套管形成单元，具体包括：
第一计算模块，用于计算第一肋骨线、第二肋骨线之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
弯曲肋骨管形成模块，用于将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管。
可选的，肋骨套管数据处理单元具体包括：
圆盘确定模块，用于为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；
像素确定模块，用于确定圆盘上各像素；
圆盘平行处理模块，用于将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨管。
可选的，利用体绘制方式确定圆盘上各像素。
可选的，肋骨套管数据处理单元具体包括：
第二计算模块，用于计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；
遍历处理模块，用于根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；
体绘制处理模块，用于完成下列步骤：根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；组合所有像素点，形成套管内图像。
本发明还提供一种肋骨图像显示系统，其包括前面所述的图像处理装置。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
利用本发明所述的图像处理方法、装置能够在一个平面上展现各肋骨细节，从而能够帮助快速的确定肋骨骨折位置，避免医生在多画面之间来回切换，能够大大地减轻医生劳动强度，并降低误诊率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据现有技术中的医学影像诊断流程；
图2示出了根据本发明提出的基于CT横断图像的图像处理方法的流程图；
图3示出了肋骨套管的形成过程；
图4示出了一种具体实施方式的体绘制过程；
图5示出了一种体绘制过程中的圆片向量关系；
图6为拉直MIP示意图；
图7为拉直VR示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明从影像诊断和软件实现角度出发，实现的原理为首先要实现肋骨自动提取算法接口，对肋骨进行平铺显示，在平铺显示图中包含单根肋骨CPR (CPR：曲面重建)引导线及骨折标定点，根据该骨折标定点可切换到相应肋骨的VR、MPR显示图像，从而只做一次图像间的切换即可完成一处可疑骨折点的确认。
具体地，本发明提供了一种基于CT横断图像的图像处理方法，如图2所示，该方法包括：
S1.获取若干幅CT横断图像；
S2.基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
S3.根据肋骨轮廓从所述多平面重建正交图像逐层提取肋骨中心点并连接成中心线；
S4.基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
S5.将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素；
S5.依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
本发明通过对不在同一平面内的肋骨图像的处理，能够在一个平面上展现各肋骨的图像细节，从而能够帮助医生通过观察一个平面即可初步判断肋骨骨折点，并可进行标记，避免了医生短时间内观察大量地CT图像横断图像。本发明生成的平面化肋骨显示图像中包含肋骨引导线及骨折标定点，如果医生需要进一步观察肋骨更进一步的细节特征，可通过肋骨引导线和骨折标定点快速定位到相应的三维重建VR(容积重建)图像，甚至可多角度旋转地观察三维重建图像，在需要的情况下，也可进一步定位到MPR(多平面重建)图像或者CPR(曲面重建)图像，因为很多时候，凭借对VR图像的多角度观察仍不能确定是否骨折，还需要进一步观察MPR(多平面重建)图像或者CPR(曲面重建)图像，从而帮助医生更准确地诊断病情，能够大大地降低误诊率。
可选的，所述步骤基于所述肋骨中心线形成肋骨套管，如图3所示，具体包括：
计算第一肋骨线11、第二肋骨线l2之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
将所述距离的一半作为第二肋骨线l2对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管，具体的算法可包括：
从根部向尖部逐像素遍历每根肋骨线，设为P2；
取相邻肋骨线同步调像素p1,p3；
计算上下半径
Figure BDA0001534429940000061
根据公式
Figure BDA0001534429940000062
可计算得到肋骨线一周可计算像素区域。
在将肋骨套管拉直后，需要构建肋骨套管内的像素，以能够对肋骨图像进行完整显示，即像素的填充，可采用两种技术手段，一种是利用最大密度投影方式，一种是体绘制方式，都通过具体的算法来实现。最大密度投影方式具体是由一个或多个功能图像(206-PET,SPECT,MRI)组成一路输入信号，在模态是一种分子成像的情况下，可以使用不同的放射示踪剂来成像，将这路输入信号与三维图像(本申请优选了基于CT图像的多平面重建图像)进行对齐，对齐的方式不限，可以通过同步采集，也可能通过配准算法，从而能够生成弯曲的肋骨套管图像(最大密度投影(英文：maximal intensity projection，MIP)的定义，是一种应用广泛的CT及MR图像后处理技术。
MIP运用透视法获得二维图像，即通过计算沿着被扫描物每条射线上所遇到的最大密度像素而产生的。当光纤束通过一段组织的原始图像时，图像中密度最大的像素被保留，并被投影到一个二维平面上，从而形成MIP重建图像)MIP能反应相应像素的X线衰减值，较小的密度变化也能在MIP图像上显示，能很好地显示血管的狭窄、扩张、充盈缺损及区分血管壁上的钙化与血管腔内的对比剂。因为算法的关系，最大密度投影对于骨骼的走形表现较好，但对骨裂表现与体绘制方式相比较，稍欠一筹。因为体绘制方式会强化裂缝区域，因此本申请优选的方式是采用体绘制的方式。体绘制(体绘制的定义：将所有体数据(这里指CT数据)中的数据信息同时展现在二维图片上的技术，称之为体绘制技术。利用体绘制技术，可以在一幅图像中显示多种物质的综合分布情况，并且可以通过不透明度的控制，反应等值面及数据内部的情况。)的流程包括：
计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；
根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；
根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；
根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；
组合所有像素点，形成套管内图像。
下面说明采用体绘制的一种具体实施方式。
如图4所示，首先计算出单根肋骨从起始点到结束点的实际长度，可记为SingleBoneLength，根据CT数据单个体素的尺寸确定遍历步距和所述长度对整根肋骨进行遍历。CT数据单个体素的尺寸有的是0.5×0.5×0.8，单位mm，我们取最小数值0.5作为遍历步距，以保证最小误差，遍历的长度就是所述肋骨从起始点到结束点的实际长度。
遍历过程中，每步均可计算出一圆片的法向量，所述圆片可理解为垂直于肋骨中心线的一个小截面。计算过程如下：取得当前圆片的中心坐标，设为P1，取得下一个圆片的中心坐标，设为P2，则当前圆片的法向量为N1＝P2-P1，因为相邻两圆片的法向量，可能会变化较大，过度不平滑，甚至产生跳变，可取前后n个法向量做平均，作为当前法向量，最末端的圆片，因为没有后续圆片，因此就不存在后续法向量，可直接沿用前面计算出的法向量。
根据圆片的法量，计算出体绘制所需要的光线的方向，具体过程可如下：定义一个向上的向量N0，通过两向量相乘的方式得到光线的向量NL＝N0× N1；N1在圆片内的向量Nx＝N1×NL，向量Nx也处于N1,N0所在的平面，特别需要注意的是如图5所示，Nx,NL均处于圆片所在的平面内。
圆片的尺寸根据上下肋骨中线的距离来确定，优选是上下肋骨中线的距离的一半。
根据光线(平行光线)通过圆片的过程，得到光线的起点和终点，从而取到光线通过圆片的路径，根据该路径进行体绘制，计算出结果像素点，如图6 所示，然后组合所有像素点，形成肋骨套管图像。
形成肋骨套管图像后，将所述肋骨套管拉直，具体包括：
为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；
确定圆盘上各像素；
将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨套管。拉直的肋骨套管的图像可如图6或者图7所示。
本发明还提供一种基于CT横断图像的图像处理装置，该装置包括：
获取单元，用于获取若干幅CT横断图像；
多平面重建单元，用于基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
肋骨中心线提取单元，用于根据肋骨轮廓从所述多平面重建图像提取肋骨中心线；
肋骨套管形成单元，用于基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
肋骨套管数据处理单元，用于将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素；
肋骨平面化显示单元，用于依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
该图像处理装置通过在通用计算机上运行计算机程序来完成，
可选的，所述肋骨套管形成单元，具体包括：
第一计算模块，用于计算第一肋骨线、第二肋骨线之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
弯曲肋骨管形成模块，用于将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管。
可选的，肋骨套管数据处理单元具体包括：
圆盘确定模块，用于为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；
像素确定模块，用于确定圆盘上各像素；
圆盘平行处理模块，用于将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨管。
可选的，利用体绘制方式确定圆盘上各像素。
可选的，肋骨套管数据处理单元具体包括：
第二计算模块，用于计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；
遍历处理模块，用于根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；
体绘制处理模块，用于完成下列步骤：根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；组合所有像素点，形成套管内图像。
本发明还提供一种肋骨图像显示系统，其包括前面所述的图像处理装置。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
利用本发明所述的图像处理方法、装置能够在一个平面上展现各肋骨细节，从而能够帮助快速的确定肋骨骨折位置，避免医生在多画面之间来回切换，能够大大地减轻医生劳动强度，并降低误诊率。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的网关、代理服务器、系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

Claims (9)

1.一种基于CT横断图像的图像处理方法，其特征在于，该方法包括：
获取若干幅CT横断图像；
基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
从所述多平面重建图像逐层根据正交面确定肋骨中心点并连接成相应肋骨中心线；
基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素，其中，具体包括：
为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；确定圆盘上各像素；将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨管；
计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；组合所有像素点，形成套管内图像；
依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，基于所述肋骨中心线形成肋骨套管，具体包括：
计算第一肋骨线、第二肋骨线之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征还在于，将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管，具体包括：
从根部向尖部逐像素遍历每根肋骨线，设为P2；
取相邻肋骨线同步调像素p1,p3；
计算上下半径
Figure FDA0003039783340000021
根据公式
Figure FDA0003039783340000022
可计算得到肋骨线一周可计算像素区域。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于，利用体绘制方式确定圆盘上各像素。
5.一种基于CT横断图像的图像处理装置，其特征在于，该装置包括：
获取单元，用于获取若干幅CT横断图像；
多平面重建单元，用于基于所述CT横断图像生成多平面重建图像；
肋骨中心线提取单元，用于从所述多平面重建图像逐层根据正交面确定肋骨中心点并连接成相应肋骨中心线；
肋骨套管形成单元，用于基于所述肋骨中心线形成肋骨套管；
肋骨套管数据处理单元，用于将所述肋骨套管拉直，并计算所述套管内像素，具体包括：
圆盘确定模块，用于为每根肋骨线上的每个像素对应一个圆盘，圆盘所在平面与肋骨中线垂直，其半径由相邻肋骨线之间的距离确定；像素确定模块，用于确定圆盘上各像素；圆盘平行处理模块，用于将各像素确定后的圆盘平行摆放，以生成拉直的肋骨管；
第二计算模块，用于计算单根肋骨从起始点到结束点的实际长度；遍历处理模块，用于根据CT数据中单个体素的尺寸对肋骨进行遍历；体绘制处理模块，用于完成下列步骤：根据遍历过程中计算的圆片的法向量，计算体绘制所需要的光线和方向；根据光线通过圆片的路径进行体绘制，计算出像素点；组合所有像素点，形成套管内图像；
肋骨平面化显示单元，用于依据所计算的套管内像素平面化显示肋骨图像。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征还在于，所述肋骨套管形成单元，具体包括：
第一计算模块，用于计算第一肋骨线、第二肋骨线之间的距离d，所述第一肋骨线和第二肋骨线相邻；
弯曲肋骨管形成模块，用于将所述距离的一半作为第二肋骨线对应的肋骨管的半径，生成弯曲肋骨管。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征还在于，利用体绘制方式确定圆盘上各像素。
8.一种肋骨图像显示系统，其包括权利要求5-7任一项所述的图像处理装置。
9.一种存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行以实现权利要求1-4任一项所述方法。
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