[發明專利]改良的管道狀物體虛擬外翻可視化方法

無效

• 申請號: 200910050779.7
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101561930A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 趙俊;張丹楓
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T15/00;A61B6/03;A61B5/055;A61B8/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體涉及一種改良的管道狀物體 虛擬外翻可視化方法。

背景技術

虛擬內窺鏡技術是一種觀察管道狀物體的三維圖像可視化技術。這個技術的優勢 在于無需破環或接觸物體本身，通過計算機圖像處理模擬地以內窺視角觀察管道內壁 結構和狀態。但其視角有限，無法同時對管道整體形態進行觀察，無法直觀地判斷管 道內壁上所需要關注的部位在物體中的定位。

經過對現有技術的文獻檢索發現，趙俊等人在2006年10月25日公開的“空腔 性臟器內壁虛擬外翻式三維外視化方法”發明專利(申請號：200610026664.0)中提 出了一種空腔性臟器內壁虛擬外翻可視化方法，以及趙俊等人在International Journal?of?Biomedical?Imaging(國際生物醫學成像雜志，2008卷，文章編號763028) 上發表了Digital?Eversion?of?a?Hollow?Structure：An?Application?in?Virtual Colonography(空腔結構的數字外翻及在虛擬結腸鏡中的應用)一文。上述技術提出 了一種虛擬外翻的可視化方法，克服了虛擬內窺鏡視角不足的缺陷。但是基于中心路 徑電場的模型采用了內壁的中心路徑，當空腔內壁不平滑或凸起較多時，內壁中心路 徑也會有很多曲折，由此造成基于內壁中心路徑的電場線分布不均勻，導致物體內壁 上的結構和信息外翻到外壁上時方向和距離不準確，最終得到的外翻結果較差，結構 變形較嚴重。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種改良的管道狀物體虛擬外翻可視化方 法。本發明利用光滑外壁的中心路徑進行改良，避免外翻后會帶來的較嚴重的結構變 形問題和避免了結構重疊問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明首先對獲取的管道狀物體三維圖像數據，進行優化預處理和圖像分割，得 到管道狀物體的內壁表面和外壁表面；然后使用中心路徑生成算法得到外壁中心路 徑；接著在外壁中心路徑上構建點電荷模型并計算出從這些點電荷發散出的電場線； 隨后將內壁表面的數據沿著電場線的軌跡外翻至外壁外側；最后將外翻處理后的管道 狀物體內壁表面以三維圖形顯示出來，供用戶從管道外部的視角對外翻后的內壁進行 觀察。

本發明包括以下步驟：

(1)對獲取的管道狀物體三維圖像數據(用CT、工業CT、MRI、超聲成像等手 段)，采用合適的方法進行優化預處理和圖像分割，得到管道狀物體的內壁和外壁。 所述合適的預處理和分割的方法是指，根據三維體數據成像技術的不同，選取相應配 套的圖像優化預處理和分割方法以獲得完整的內壁和外壁數據。常用的優化預處理方 法有濾波去噪、對比度調整、插值等。常用的圖像分割方法有區域增長、水平集方法 等。

(2)基于外壁表面數據計算并獲得外壁中心路徑。所述的中心路徑是指：在管 道狀物體內部的一根中軸軌跡，軌跡上各點都滿足最優中心點判定準則。而中心路徑 生成算法就是指根據判定準則計算得到中心路徑的方法。中心路徑生成算法有拓撲學 細化法、距離變換法、水平集方法、手工標定法等。

(3)在外壁中心路徑上構建點電荷模型。所述的點電荷模型是指：為了計算電 場線軌跡，在中心路徑上仿真分布點電荷，而管道狀物體中其他數據區域沒有電荷量。 從各點電荷出發計算電場線。所述的電場線是指：在基本電磁場理論下，多個點電荷 相互作用產生的電場中的電場線。實際應用中整個中心路徑點電荷數量眾多，可從中 心路徑上每一個點電荷出發，結合其附近局部區域數個點電荷的相互作用，計算出各 個方向的電場線。電場線要穿過管道狀物體的內壁表面和供外翻的外壁，超出外壁的 部分不少于該電場線從內壁表面到外壁所經過的距離。

(4)將內壁表面的數據沿著穿過其電場線的軌跡外翻至外壁外側。即將所提取 得到的空腔內壁表面數據中每一個點，沿著穿過其電場線的軌跡映射到外壁的另一 側，并重新繪制出外翻后的表面數據。映射到外壁的距離可以是內壁表面沿電場線到 外壁的距離，也可以是內壁表面沿電場線到外壁的距離乘以一個系數得到的值，以便 在具體應用中改善可視化效果。

(5)將外翻處理后的空腔內壁表面以三維形式顯示出來。即把外翻后的內壁表 面，進行三維可視化顯示。觀察視角位于管道外部，并可由用戶任意選取。