[發(fā)明專利]HIFU系統(tǒng)對病灶觀察診斷的三維重建腫瘤輪廓方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910075473.0
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109727245B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉逸;耿曉鳴;王國英
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫海鷹醫(yī)療科技股份有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T15/00
• 代理公司: 常州唯思百得知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32325
• 代理人: 周穎潔;張榮

1.一種HIFU系統(tǒng)對病灶觀察診斷的三維重建腫瘤輪廓方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

a、通過HIFU系統(tǒng)中換能器正上方中央孔內(nèi)安裝的定位B超探頭對腫瘤組織部位進(jìn)行精確B超圖像掃描；

b、對HIFU系統(tǒng)所采集到一組B超超聲二維圖像，在二維B超超聲圖像背景上進(jìn)行腫瘤區(qū)、敏感區(qū)的手動勾邊；

c、HIFU系統(tǒng)通過勾邊后，構(gòu)建的三維輪廓體，根據(jù)精確掃描的一系列B超圖像和冠狀面的深度，進(jìn)行線性差值計算，獲取冠狀面的圖像信息，生成不同深度的可視化冠狀面圖像；

d、根據(jù)三維輪廓體和切面，選擇角度，進(jìn)行切面規(guī)劃，并保存數(shù)據(jù)；

所述步驟c具體步驟為：首先，將二維B超圖像多層切面圖像列表轉(zhuǎn)化為三維數(shù)組，列表中任意一個點p(x,y,z)處的圖像灰度值為Gray(x,y,z)，其中y代表采樣圖像編號，x和z為整數(shù)，并代表當(dāng)前編號圖像上的點py(x,z)；此時定義采樣圖像列表像素坐標(biāo)系A(chǔ)，對于每一副圖像，其坐標(biāo)系零點為圖像左上角，X軸沿圖像向右，Y坐標(biāo)為圖像在采樣列表中的編號，Z軸沿圖像向下，單位均為像素；

考慮到B超圖像的可變探測深度因素影響，通過像素尺寸與物理單位轉(zhuǎn)換運算，得到采樣圖像列表物理坐標(biāo)系B；采樣圖像列表物理坐標(biāo)系定義：零點的z坐標(biāo)設(shè)為0，其零點處于采樣起點，X軸沿圖像指向右方，Y軸指向采樣方向θ，Z軸沿圖像指向上方，Y方向單位為圖像索引，X和Z方向單位為mm；

HIFU實際運行坐標(biāo)系C方向定義：站在其面前向內(nèi)看，X軸指向右方，Y軸指向前方，Z軸指向上方，單位均為mm，范圍均為±50；

任意方位角度切割圖像瀏覽切割面所擁有的坐標(biāo)系為D；切割面的方程為a×x+b×y+c×z+d＝0，它的法向量N＝Vector3(a,b,c)，指定切割面與HIFU實際運行坐標(biāo)系立方體的邊界四方體相交多邊形的中心vCore為零點，眼睛的位置vEye＝vCore，行程范圍為100×100×100；眼睛垂直于平面向里看，眼睛的方向為-N，指定一個上方向vUp，給切割面定義一個坐標(biāo)系，其Z軸為平面法向量N，其X軸為vUp和Z的矢量積，其Y軸為Z軸和X軸的矢量積，這樣瀏覽的圖像其實就處在我們構(gòu)造的坐標(biāo)系中z＝0的位置；

顯示任意方位角度切割圖像是建立在切割面圖像的像素坐標(biāo)系E上；通過坐標(biāo)變換矩陣合并為一個矩陣運算，最終矩陣為MatrixFinal＝M_D→E×M_C→D×M_B→C×M_A→B；

這樣，對于最終瀏覽的任意角度切面a×x+b×y+c×z+d＝0上的一點p＝D3DXVECTOR2(x,y)，得到它在采樣圖像列表中所處的像素位置：

pl＝D3DXVECTOR3(fx,fy,fz)＝D3DXVECTOR3(x,y,0)×MatrixFinal；

其中fy表示對應(yīng)的采樣序列，fx和fz表示采樣圖像上的點位置，但是由于圖像為離散存儲，需要使用一個三線性差值方法，通過這個點周圍八個整數(shù)位置點的灰度來線性擬合出這個點的實際像素灰度值，定義：

dx為fx的最小接近整數(shù)，Δx＝fx-dx，

dy為fy的最小接近整數(shù)，Δy＝fy-dy，

dz為fz的最小接近整數(shù)，Δz＝fz-dz，

圖像列表中，編號為dy的圖像上處于(dx,dz)處的圖像灰度為Gray(dx,dz)，則點pl(fx,fy,fz)處的灰度Gray(fx,fy,fz)如下：

Gray(fx,dy,dz)＝Gray(dx,dy,dz)+Δx×[Gray(dx+1,dy,dz)-Gray(dx,dy,dz)]；

Gray(fx,fy,dz)＝Gray(fx,dy,dz)+Δy×[Gray(fx,dy+1,dz)-Gray(fx,dy,dz)]；

Gray(fx,fy,fz)＝Gray(fx,fy,dz)+Δz×[Gray(fx,fy,dz+1)-Gray(fx,fy,dz)]；

將圖像上所有點的灰度計算出來，就得到這個角度和位置切割的最終圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HIFU系統(tǒng)對病灶觀察診斷的三維重建腫瘤輪廓方法，其特征在于，所述步驟d中進(jìn)行切面規(guī)劃具體步驟為：HIFU設(shè)置參數(shù)，根據(jù)三維輪廓體的結(jié)構(gòu)圖像，對腫瘤區(qū)由點至線，由線至面、由面至體的精確自動的點陣規(guī)劃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的HIFU系統(tǒng)對病灶觀察診斷的三維重建腫瘤輪廓方法，其特征在于，所述步驟d中保存數(shù)據(jù)具體步驟為：

三維頂點數(shù)組Vertexes有n個，n＝1，2，3…，存儲了n個頂點每個頂點i計為Vi(x,y,z)；

三角形索引數(shù)組Indexes有m個，m＝0，3，6…，每三個為一組，分別存儲了三角形的三個頂點索引；

法向量數(shù)組Normals有n個；

相鄰三角索引數(shù)組Adjacencies有m個，m＝0，3，6…，記錄了每個三角形的三個相鄰三角的索引，如果某個邊沒有鄰三角，則這個地方存儲減1；

在三維重建匹配勾邊輪廓頂點時，根據(jù)計算結(jié)果，依次在Vertexes和Indexes中加入數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)存儲。