基于交互式区域生长法的双侧输尿管重建方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于交互式区域生长法的双侧输尿管同时重建方法与系统。本方法基于MATLAB进行三维重建。其主要步骤为：首先，根据输尿管CT序列图，确定输尿管部位的灰度特性；对含有噪声的CT序列图像进行去噪、增强处理；采用交互式方法确定第一幅图像的种子点，使用二次分割法分割图像，分割出输尿管区域；利用种子区域迁移技术，进行序列分割；为了使重建表面更光滑，采用数据插值处理；最后，采用MATLAB体绘制技术，设置好颜色、光线。实验结果表明，采用本发明的方法能准确的重建出双侧输尿管，且有较快的重建速度。
【专利说明】基于交互式区域生长法的双侧输尿管重建方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明属于图像处理【技术领域】，涉及医学图像处理方法，可用于输尿管CT序列图像重构。
【背景技术】
[0002]基于交互式区域生长法的双侧输尿管同时重建方法与系统是为了解决医学CT图中的双侧输尿管腔道曲面重建并同时成像的问题。其实质是将一组输尿管的CT断层图像，通过本算法转化为具有三维立体效果的输尿管图像。双侧输尿管腔道曲面重建同时成像技术是诊断输尿管疾病的科学基础，也是输尿管疾病诊断治疗需要解决的关键技术之一。
[0003]如今，输尿管疾病目前已经成为威胁人类健康的主要病种之一。输尿管上接肾盂，下连膀胱，是一对细长的管道。它是泌尿系统的重要组成部分，常见有输尿管狭窄、输尿管积石、扩张等疾病。而目前以CT为代表的医学影像设备中取得的医学图像多为二维断层图像，对于病变部位的大小、形状、位置、以及周围组织的关系、患者病情严重情况的判断，主要依靠的是医生的临床经验。如果通过一组平行的二维切片重建出三维图像，那么就可以帮助医生对病变体或感兴趣区域有更加直观的认识，从而大大提高了临床诊断的准确性。医学图像三维重构作为计算机辅助诊断技术的一种，是辅助医生对病情判断的有效工具，在外科手术、远程医疗、放射治疗、虚拟内窥镜、医学教学等方面都有重要的应用价值。
[0004]针对输尿管部位三维重构，有许多方法被提出:
[0005]1.Jean-Francois于2006年提出基于韩国可视人体的三维泌尿生殖道重构。他根据韩国可视人计划中已分割好的泌尿生殖道图片，设计一个三维重构系统。
[0006]2.Bagley DH于1998年提出针对超声图像的人体输尿管三维重构。通过采集超声波单元发出的横截面图像，将其重构为三维模型。
[0007]而上述重构方中，没有具体的针对输尿管CT图，从序列图像分割到三维重构显示的方法。
【发明内容】
[0008]本发明针对已有技术的不足，提出基于交互式区域生长法的双侧输尿管重建方法与系统，使两侧输尿管腔道同时成像，提高医生诊断效率。
[0009]为实现上述目的，本发明包括如下步骤:
[0010](I)选取10幅输尿管CT图，根据CT图中输尿管部位的灰度直方图，得到输尿管部位的灰度值范围，使输尿管部位灰度值g(x，y)满足|g(x，y)-center I < thre，center是灰度均值，thre是阈值；
[0011](2)输入输尿管CT序列图，对每一幅图进行图像增强，采用各向异性滤波方法，对图像进行去噪、增强边缘处理；
[0012](3)采用交互式方法，在序列图第一幅图像的输尿管部位上，人为指定若干个种子占.V，
[0013](4)使用区域生长法，利用阈值thre、灰度均值center、灰度值T、梯度g等特征进行图像初分割；
[0014](5)使用canny算子得到的边缘，结合前一步的梯度信息，进行二次区域生长，得到最终分割图像(输尿管部位)；
[0015](6)计算分割图像的有效像素点cont，自适应选择腐蚀算子a的大小，对图像进行形态学腐蚀处理；
[0016](7)得到分割图像的腐蚀图后，将此图作为下一幅图像的种子点区域。判断有没有到最后一幅图像。如果是最后一幅图像，则跳到步骤⑶；否则，执行步骤⑷；
[0017](8)得到序列分割图，对分割图进行采样插值处理；
[0018](9)对插值后的序列分割图，进行MATLAB三维体绘制技术重构。
[0019]本发明与现有的技术相比具有以下优点:
[0020]1.本发明提出一套完整的双侧输尿管曲面重建同时成像系统，输尿管双侧同时成像，极大地方便了医生诊断病情。
[0021]2.本发明采用体绘制技术重建，处理三维采样信号方便，便于显示物体的内部结构。
[0022]3.本发明对重建环境进行设置，渲染重建结果，使其更接近真实输尿管。
[0023]4.本发明在MATLAB平台上实现三维重建，可充分发挥MATLAB的强大功能，而且有助于后续输尿管疾病的检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的总流程图；
[0025]图2是用本发明对打造影剂输尿管的重构效果图；
[0026]图3是用本发明对未打造影剂输尿管的重构效果图。
[0027]具体实施方法
[0028]参照附图1，本发明的实现步骤如下:
[0029]步骤1.预处理数据，系统初始化
[0030]Ia)选取10幅输尿管CT图，根据CT图中输尿管部位的灰度直方图，得到输尿管部位的灰度值范围，使输尿管部位灰度值g(x，y)满足|g(x，y)-center I < thre, center是灰度均值，thre是阈值；
[0031]Ib)输入输尿管CT序列图，对每一幅图进行图像增强，采用各向异性滤波方法，对图像进行去噪、增强边缘处理；
[0032]Ic)采用交互式方法，在序列图第一幅图像的输尿管部位上，人为指定若干个种子点。
[0033]步骤2.序列图像分割
[0034]2a)将CT图转换为梯度图，设高于某个值的梯度为边界；
[0035]2b)将前一步得到的种子点作为初始种子点；
[0036]2c)根据设定的条件，进行区域生长，得到分割图；
[0037]2d)使用canny算子得到边界，结合梯度得到的边界，根据生长规则，再次进行区域生长，得到最终分割图；
[0038]2e)计算分割图像的有效像素点cont，根据cont大小自适应选择腐蚀算子的大小，对图像进行形态学腐蚀处理；
[0039]2f)得到分割图像的腐蚀图后，将此图作为下一幅图像的种子点区域。判断有没有到最后一幅图像。如果是最后一幅图像，则进行图像插值、三维重构；否则，继续上述步骤，分割图像。
[0040]步骤3.图像采样插值、三维重构双侧输尿管
[0041]3a)得到序列分割图，对分割图进行采样插值处理。具体过程如下:
[0042]3al)设定采样率和插值层数，根据采样率得到新的分割序列图；
[0043]3a2)利用数学形态学的方法，得到被插值图像区域的轮廓；
[0044]3a3)求出插值图像在上一层被插值图像和下一层被插值图像中所有对应的点，得到插值图像；
[0045]3a4)将插值图像和被插值图像融合，构成完整的分割序列图。
[0046]3b)对插值后的序列分割图，进行MATLAB三维体绘制技术重构。具体过程如下:
[0047]3bl)获取分割图的三维数据体；
[0048]3b2)根据实际情况，对数据集进行预处理，减少数据量，平滑数据；
[0049]3b3)计算数据集在显示平面的累计投影；
[0050]3b4)构造三维体重建碎片；
[0051]3b5)设置图像的颜色、阴影、及显示效果。
[0052]I)实验条件
[0053]本文中所使用的数据均为第四军医大学提供的两套CT人体输尿管CT扫描数据。一套为未打造影剂的输尿管CT扫描数据，共639张，数据格式为DICOM格式，分割出的输尿管部分为的298张输尿管CT数据，图像大小为512X512像素；另一套为打造影剂的输尿管CT扫描数据，共438张，数据格式为DICOM格式，分割出的输尿管部分为的230张输尿管CT数据，图像大小为512X512像素。
[0054]2)实验结果
[0055]重建出的双侧输尿管三维图像如图2、图3所示。从图2、图3可以看出:本发明利用MATLAB进行双侧输尿管三维重建的方法，能比较逼真地重建出的三维输尿管道模型，很好地反映了二维CT图像的立体效果，并可以应用于其它组织器官的三维重建，尤其是管腔重建。本研宄解决了利用CT图像进行双侧输尿管腔道曲面重建并同时成像的问题，也为后续帮助医生进彳丁更有效的治疗，提尚医疗诊断的准确性打下了基础。
【权利要求】
1.基于交互式区域生长法的双侧输尿管腔道曲面同时重建方法与系统，包括如下步骤: (1)选取10幅输尿管CT图，根据CT图中输尿管部位的灰度直方图，得到输尿管部位的灰度范围，使输尿管部位灰度g(x，y)满足|g(x，y)_center| < thre，center是灰度均值，thre是阈值； (2)输入输尿管CT序列图，对每一幅图进行图像增强，采用各向异性滤波方法，对图像进行去噪、增强边缘处理； (3)采用交互式方法，在序列图第一幅图像的输尿管部位上，人为指定若干个种子点； (4)使用区域生长法，利用阈值thre、灰度均值center、灰度值T、梯度g等特征进行图像初分割； (5)使用canny算子得到的边缘，结合前一步的梯度信息，进行二次区域生长，得到最终分割图像(输尿管部位)； (6)计算分割图像的有效像素点cont，自适应选择腐蚀算子a的大小，对图像进行形态学腐蚀处理； (7)得到分割图像的腐蚀图后，将此图作为下一幅图像的种子点区域。判断有没有到最后一幅图像。如果是最后一幅图像，则跳到步骤(8);否则，执行步骤(4); (8)得到序列分割图，对分割图进行采样插值处理； (9)对插值后的序列分割图，进行MATLAB三维体绘制技术重构。
2.根据权利要求1所述的基于交互式区域生长法的双侧输尿管腔道曲面同时重建方法与系统，其中所诉步骤(4)采用区域生长法分割输尿管部分的CT图像，其具体步骤如下: 2a)将CT图转换为梯度图，设高于某个值的梯度为边界； 2b)将前一步得到的种子点作为初始种子点； 2c)根据设定的条件，进行区域生长，得到分割图。
3.根据权利要求1所述的基于交互式区域生长法的双侧输尿管腔道曲面同时重建方法与系统，其中所诉步骤(8)对分割序列图进行采样插值处理，其具体步骤如下: 3a)设定采样率和插值层数，根据采样率得到新的分割序列图； 3b)利用数学形态学的方法，得到被插值图像区域的轮廓； 3c)求出插值图像在上一层被插值图像和下一层被插值图像中所有对应的点，得到插值图像； 3d)将插值图像和被插值图像融合，构成完整的分割序列图。
【文档编号】G06T17/00GK104517315SQ201410841890
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】彭勇, 金军 申请人:彭勇, 金军