[發明專利]基于邊界距離場的血管中心路徑提取方法

無效

• 申請號: 200910022500.4
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN101551862A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 高新波;呂新榮;鄒華;曹艷艷;梁承志;王向華;查林;李晉舟;寧文博
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06T7/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 王品華;黎漢華

技術領域

本發明屬于生物醫學技術領域，特別涉及血管的中心路徑提取方法，可用于各種管腔組織的中心路徑提取，并應用到虛擬內窺鏡中。

背景技術

醫學圖像中的血管精確提取和描述具有廣泛的應用，如梗塞或者狹窄化的血管疾病診斷及不同時段的病人圖像配準等；血管的提取方法是計算機血管輔助診療系統的關鍵。雖然目前存在很多種血管提取方法，但因成像模式、應用領域、人機交互以及其他因素的影響而各不相同，目前尚沒有一種通用的提取方法能夠適用于所有模式的醫學圖像。可視化技術的發展使得人們可以對所獲得的三維數據通過各種重建方法進行顯示以獲取有用的信息。對于血管疾病診斷而言，利用可視化技術對提取后的血管進行三維顯示，不僅能夠對血管外表面進行觀察，還可以對血管內部進行觀察，即血管虛擬內窺鏡。要實現血管虛擬內窺鏡，必須提取血管的中心路徑，即自動漫游路徑。中心路徑的提取方法一般分為三類：人工指定，拓撲細化和距離變換。

人工指定方法要求用戶在體數據切片上人工指定路徑中心點，所有的點連起來組成中心路徑。這與人工漫游一樣，雖然比較費時，但精確度較高，能夠更準確的接近感興趣區域。拓撲細化又稱為剝洋蔥法，是一個較為傳統的方法，主要思想是通過反復剝除物體最外層體素，且每一步只刪除不會影響模型拓撲結構的點，直到只剩下單體素寬度的骨架為止，將所獲得的骨架作為中心路徑。拓撲細化是一個迭代過程，它能夠保持模型的整體連接性，但計算量十分龐大，而且不能直接連通到任意給定的兩點，即對于不在骨架上的點，需要事先連接到骨架上。距離變換主要基于這樣的事實：物體的中軸是物體內部到邊界的最大距離點的集合。這種方法通常是先對二值體數據進行距離變換，然后將變換后的距離數據看作一個有向或無向的加權圖，最后采用Dijkstra最短路徑生成算法得到中心路徑。距離變換法的速度較快，但在保持模型的拓撲結構方面不如拓撲細化法。

用于血管漫游的中心路徑提取多采用距離變換法，原因主要有兩點：一是醫學模型通常數據量較大，采用拓撲細化法耗時太多；二是提取中心路徑是為了在漫游時指導視點的移動，其主要目的在于更好的觀察血管內部結構。目前存在很多基于距離變換的中心路徑提取算法。德國的Marburg大學數學與計算機學院的Jan?Egger等在CT血管數據中利用距離變換法提取血管的骨架作為虛擬漫游路徑，取得了較好的效果，見文獻“Egger?J，Z，Groβkopf?S，et?al.A?fast?vessel?centerline?extraction?algorithm?for?cathetersimulation.Twentieth?IEEE?International?Symposium?on?Computer-Based?Medical?Systems，Maribor，Slovenia.2007.”。Bitter等和Sato等用邊界距離場和Dijkstra最短路徑提取算法提取結腸等數據的中心路徑，見文獻“Sato?M，Bitter?I，Bender?MA，et?al.TEASAR：Tree-structure?extraction?algorithm?for?accurate?and?robust?skeletons.Proc.of?IEEE?PacificGraphics?2000，Hong?Kong，China.2000：281-289.”和“Bitter?I，Sato?M，Bender?M，et?al.CEASAR：A?Smooth，Accurate?and?robust?centerline?extraction?algorithm.Proc.of?IEEEVisualization?2000，Salt?Lake?City，USA.2000：45-52.”。

上述現有的方法主要存在以下三個缺點：

(1)邊界距離場變換是針對二值數據而言，因此需要預先提取血管組織。目前的血管提取方法，如匹配濾波器，主動輪廓模型以及水平集等方法雖然能夠很好的將血管提取出來，但速度慢是一個很大的應用瓶頸；

(2)以二值數據為目標的邊界距離場計算，對于不同位置的血管組織，其初始的邊界距離值是相同的，不利于快速提取到位于血管中心的路徑點；

(3)根據邊界距離場提取的中心路徑無法保證中心路徑上的點處于血管管腔橫截面的重心處，會導致血管的虛擬漫游過程與人類的觀察習慣產生偏差。

發明內容