[發明專利]人體體素模型的混合鄰域調整方法

在審

• 申請號: 201210585953.X
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103903220A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 劉立業;肖運實;趙原;曹勤劍;熊萬春;潘紅娟;衛曉峰;李華;汪嶼;夏三強
• 申請（專利權）人: 中國輻射防護研究院
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

技術領域

本發明屬于人體體素模型設計技術，具體為人體體素模型形態保持條件下的器官體積調整方法。

背景技術

人體體素模型是基于CT、MRI、彩色切層照片等醫學圖像而建立起來的數字化人體模型，由幾百萬甚至上億個小體素組成，能反映人體復雜的解剖結構。

人體體素模型及其在輻射防護領域中的應用，已成為當前國際上的研究熱點。國內通過建立CNMAN、CVP、VCH等幾個輻射防護用中國成年男性體素模型，在劑量測量和評價中發揮了重要作用，但上述體素模型都是基于個體標本數據建立起來的。在實際研究和應用中，有時需要建立更具個體代表性的人體體素模型，以實現更為準確的劑量測量和評價。例如，對于肺部計數器內照射監測，人體胸壁厚度對低能光子的測量效率影響甚大，如何在已有人體體素模型基礎上，實現胸壁厚度的準確調整，建立更具個體代表性的模型，具有實際應用意義。

國外有人采用的是Photoshop圖像處理軟件中感興趣擴展（outer?grow）、收縮（inner?grow）功能，來實現器官的二維膨脹和腐蝕，但這種方法依賴Photoshop軟件手工處理圖像，工作量過大，且僅適用于二維圖像調整。如何在保持人體體素模型三維形態基本不變的前提下，實現對特定器官或組織大小（體積）的三維快速調整，以建立更具個體代表性的體素模型，是本發明需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠保持器官原有形態基本不變的快速調整人體體素模型中器官體積（質量）的方法。

本發明的技術方案如下：一種人體體素模型的混合鄰域調整方法，該方法針對體素模型基于不同結構元素進行組合膨脹或腐蝕，利用體素的相鄰區域直接進行計算，一次膨脹或腐蝕只改變外表的一層鄰域；

對于二維圖像的調整，采用菱形結構元素和方形結構元素按的大小比例進行組合；

對于三維圖像的調整，采用6面鄰域、18面鄰域和26面鄰域的結構元素按的大小比例進行組合；

分別利用Matlab程序中的數學形態學膨脹函數進行計算，實現體素模型的調整。

本發明的有益效果如下：本發明所提供的人體體素模型的混合鄰域調整方法能夠在保持器官原有形態基本不變的基礎上，實現器官體積的調整，具有算法簡單、方便快速的特點，能有效解決人體體素模型調整過程中形態保持的難題；該方法可應用于內污染活體監測虛擬校準、人體劑量計算、物理模型3D制作等領域。

附圖說明

圖1為圖像膨脹和腐蝕的示意圖；

圖2為圖像A被結構元素b膨脹的示意圖；

圖3-1為二維圖像四鄰域示意圖；

圖3-2為二維圖像八鄰域示意圖；

圖4為三維體素及其6個面鄰接體素示意圖；

圖5-1為直線結構元素示意圖；

圖5-2為菱形結構元素示意圖；

圖5-3為方形結構元素示意圖；

圖6-1為菱形結構元素在不同方向上的增長速度示意圖；

圖6-2為方形結構元素在不同方向上的增長速度示意圖；

圖7為三維圖像新增體素在不同方向的厚度示意圖；

圖8為采用菱形、方形以及混合鄰域膨脹法得到胸壁模型的示意圖；

圖9為不同膨脹方法生成的模型與目標模型探測效率的差別示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施過程對本發明進行詳細的描述。

本發明使用了數學形態學的兩種基本運算：膨脹（Dilation）和腐蝕（Erosion）。膨脹，形象地講，就是通過在圖像邊緣有規則地增加一些像素，從而使圖像變大；腐蝕則與此相反。圖1給出了圖像膨脹和腐蝕的示意圖。

以最簡單的二值圖像為例，對于灰度值為0或1的二值圖像，設A是被研究的圖像，b是另一個“探針”圖像（稱為結構元素，Structure?Element）。圖像A被結構元素b膨脹的過程為：令結構元素b的原點（0,0）與圖像A中的某點a重疊，然后檢驗b中各點當前所在的位置。若該位置A圖像的灰度為0，則將其改為1，否則不變。當b的原點遍歷過A圖像中的所有點后，膨脹過程結束。圖2給出了上述膨脹過程的示意圖。收縮是膨脹的逆運算。