本实用新型涉及一种医学影像处理系统，特别涉及一种医学影像三维可视化系统。
背景技术：
三维重建技术是指利用CT、MRI等医学影像设备输出的图像数据，根据需要选择合适的三维重建算法，得到可以从任意视角进行观察的三维投影图像，这样诊断医生就可以方便地对人体内部组织或器官的结构进行观察诊断。通过对医学图像进行有针对性的处理后，再利用三维重建技术构造出组织或器官的三维模型，然后在显示屏幕上对三维模型进行显示，对于医生感兴趣的器官，还可以提取出它的大小、形状和空间位置等定性或定量信息，便于分析。三维重建技术的运用，使得医务人员能够更加直观、定量地对人体内部器官的三维结构进行察看，还可以根据不同疾病诊断的需要强化图像中原有的某些细节，从而帮助医生更加容易的做出正确的疾病诊断。
医学图像的三维可视化技术是指将医学影像设备输出的二维切片图像序列重新组合重建为三维图像模型，并对重建后的模型进行定性、定量分析的技术。自从上世纪90年代以来三维、非规则的和向量体数据的可视化问题的出现，使得医学图像可视化领域的研究朝着多样化的方向发展。国外一些研究机构或者公司己经研究出了一些可以在医学领域进行实际应用的医学图像三维重建或医学图像可视化系统，如美国的ANALYZE系统，3DvIEwNIx系统、加拿大的Ⅵew wand系统、荷兰的COvmA系统等，但是这些系统中有大部分都是与医疗影像设备捆绑的，而且售价昂贵，这些系统所支持的各种类型图像数据的可视化分析功能，一般都基于高档工作站，在目前主流配置的普通PC上运行还比较困难。我国在医学图像可视化方面的研究仍然处于起步阶段。现有的大多数系统实际医疗应用功能还不尽完善，还达不到进行临床医疗诊断所需要的大部分要求。
中国人口众多，为肝病大国，传统螺旋CT重建的肝脏三维图像仍然是二维结构，临床医师只能凭经验由多层CT图像估计病灶大小、形状及位置，而且在观察时只能以固定方式进行，这样所得到的诊断结果必然带有医生的主观判断，因此诊断结构的准确与否很大程度与医生的临床经验有很大的关系。
如中国专利申请201010185884.4号公开的一种基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法，包括构造三维体数据场、错切变形分解、重采样、合成中间图像、变形得到最终图像等步骤。步骤如下：步骤1、读入图像数据构造三维体数据场；步骤2、错切变形分解；步骤3、重采样；步骤4、合成中间图像；步骤5、对中间图像做变形操作，形成最终图像；步骤6、将最终的三维效果图像显示到屏幕。然而，该基于各向异性体数据的错切变形体绘制方法仅提供了三维重建的方法，无法共享数字化肝脏数据、共享知识，不能根据用户需要清晰、直观的观察肝脏内部血管等管道系统解剖差异。
又如中国专利申请201210017228.2号公开的一种构建三维脑模型的方法，以磁共振头颅矢状位薄层成像，得到的T1DICOM格式的数据为原始资料，将原始资料转化为bmp格式的图像。从bmp格式的图像中分离出目标图像，所得目标图像导入三维重建软件，并空设定间位置、生产蒙板、构建三维粗模。三维粗模进行降面处理转变为低面目标模型，最后低面目标模型与T1DICOM格式的原始数据进行关联，得到三维立体脑模型。然而，该构建三维脑模型的方法无法交互显示三维立体图像，也无法实现对三维立体图像任意方向、任意部位的切割。
再如中国专利200810197660.8号公开的一种基于CT图像的肝脏分段方法，该方法首先对腹部MSCTP动脉期和门静脉期序列图像进行预处理，自动分割肝脏轮廓并得到肝脏图像；其次利用基于Hessian矩阵的多尺度滤波方法对血管进行增强，利用区域增长等分割方法分割出肝门静脉，并利用三维拓扑细化方法提取出肝门静脉的中心线；血管交互分级标记；之后利用距离变换和Voronoi算法进行计算，并利用肝脏轮廓进行值掩得到分段结果，最后重建出三维肝脏分段结果。系统包括肝脏分割模块，血管增强分割和细化模块，血管分级模块，肝脏分段模块和三维重建模块。然而，该基于CT图像的肝脏分段方法无法交互显示肝脏三维CT立体图像，也无法实现对肝脏三维CT立体图像任意方向、任意部位的切割，无法对肝脏疾病的临床风险作出准确评估。
因此，提供一种功能完备、实时便捷、数据量大、便于推广普及的数字化肝脏数据共享平台，以让想了解/研究肝脏构造的用户能够方便快捷地检索到其感兴趣类型的肝脏三维构造是业界急需解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种基于大数据的肝脏三维图像动态演示装置，其通过构建肝脏数据库平台，一方面便于收集大量肝脏病例形成肝脏大数据，另一方面便于医生/学者基于该平台进行学术研究和交流。
根据本实用新型的一个方面，提供一种基于大数据的肝脏三维图像动态演示装置，包括：用于获得针对特定肝脏的取自不同截面的DICOM格式的至少十幅肝脏CT图像的数据接收模块、用于基于至少十幅肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像的三维图像处理模块、用于依照特定肝脏的来源信息分类存储来自三维图像处理模块的特定肝脏三维图像的肝脏信息数据库、以及用于动态演示特定肝脏三维图像的动态演示模块。其中，三维图像处理模块包括依次设置的：图像预处理子模块、肝脏提取子模块以及图像绘制子模块，图像预处理子模块依次对至少十幅肝脏CT图像中的每幅肝脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理，肝脏提取子模块分割经预处理的肝脏数据图像以检测肝脏轮廓边缘并提取肝脏轮廓线，图像绘制子模块将分割后的至少十幅肝脏CT图像按照对应的实际空间位置顺序在每相邻两幅肝脏CT图像之间构造出若干体数据单元，并通过对每个体数据单元进行错切变换和二维图像变形从而获得特定肝脏三维图像。
可选择地，特定肝脏的来源信息至少包含：患病类型、患者性别、患者年龄、生活地区以及就诊医院。
可选择地，特定肝脏的来源信息还可以包含：患者生活习惯、生化检查信息、患者典型症状、体征、医学图像、影像诊断结果、治疗方案、不良反应及主治医师等。
可选择地，图像预处理子模块包括依次设置的图像平滑单元以及图像增强单元。图像平滑单元采用空域法在空间域中对每幅肝脏CT图像像素灰度值直接进行运算处理，滤除每幅肝脏CT图像中的噪声。图像增强单元用于尖锐化增强处理经过平滑处理的每幅肝脏CT图像以增加每幅肝脏CT图像的边缘鲜明度。
可选择地，图像平滑单元对每幅肝脏CT图像进行平滑处理可以选择邻域平均法或中值滤波法。
邻域平均法是一种利用Box模版对图像进行模版操作(卷积运算)的图像平滑方法，对于图像中的每一个像素，取一个以它为中心的区域，用该区域内各像素灰度的加权平均值取代该像素的灰度值，所谓Box模版是指模版中所有系数都取相同值的模版，常用的3×3和5×5模版如下：
g(x,y)＝1/M∑f(x,y)
式中：x,y＝0,1,…,N-1；S是以(x,y)为中心的邻域的集合，M是S内的点数。
中值滤波法是一种非线性平滑技术，它将每一像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值。中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，中值滤波的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。方法是用某种结构的二维滑动模板，将板内像素按照像素值的大小进行排序，生成单调上升(或下降)的为二维数据序列。二维中值滤波输出为g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)}，其中，f(x,y)，g(x,y)分别为原始图像和处理后图像。W为二维模板，通常为3×3，5×5区域，也可以是不同的的形状，如线状，圆形，十字形，圆环形等。
可选择地，图像增强模块对每幅肝脏CT图像进行增强处理只关心边缘点的位置而不顾其周围的实际灰度差，图像增强模块中可以采用微分锐化法对图像进行增强处理，如拉普拉斯锐化法。
可选择地，肝脏提取子模块包括依次设置的肝脏定位单元、分割单元、边界检测单元以及边界跟踪单元。肝脏定位单元通过肝脏体积和肝脏灰度自动定位出每幅肝脏CT图像中的肝脏位置。分割单元通过B样条弹性配准经预处理子模块输出的每幅肝脏CT图像，利用自适应对每幅肝脏CT图像进行分割得到分割肝脏部分图像。边界检测单元通过微分算子法考察分割肝脏部分图像中的每个像素在任意邻域内灰度的变化，根据每个像素任意邻域一阶和/或二阶方向导数变化定位出肝脏边界点。边界跟踪单元通过依次搜索相邻肝脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肝脏边界得到确定的肝脏轮廓。
可选择地，分割单元分割得到分割肝脏部分图像后，采用孔洞填充算法去除分割肝脏部分图像进行分割过程中产生的细小孔洞和错误连接，再采用区域增长法去除分割肝脏部分图像的多余组织，进一步填充分割肝脏部分图像的内部孔洞，最后进行轮廓修正。
可选择地，边界检测单元可以通过Sobel算子、Roberts算子和Kirsch算子等方法定位肝脏边界点。
可选择地，边界跟踪单元确定肝脏轮廓线的步骤为：找出分割肝脏部分图像的第1个边界点作为起始边界点。以这个起始边界点为起始点，根据图像的边界应该是连续的这一特征，对特定的方向进行跟踪。具体来说就是，从找出的第1个边界点开始，定义初始的搜索方向为沿左下方，如果左下方的像素点是边界点，则将其加入边界链表，将其涂黑，表示是一个边界点；否则跟踪方向逆时针旋转45度。这样一直找到一个新的边界点为止，然后搜索方向在当前的跟踪方向的基础上顺时针旋转90度，继续用同样的方法跟踪下一个边界点，直到返回起始边界点为止，得到肝脏轮廓。
可选择地，边界跟踪单元也可以选择人工提取肝脏轮廓，选择分割肝脏部分图像中变化比较明显的点作为特征点，连成折线后进行平滑处理得到肝脏轮廓。
可选择地，图像绘制子模块包括依次设置的错切变换单元以及二维图像变形单元。错切变换单元将确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据变换至中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，从视点发出的射线垂直于中间坐标系XOY平面得到中间图像。二维图像变形单元应用二维图像变形矩阵对错切变换单元得到的中间图像进行二维图像变换，将中间图像变换至屏幕图像空间得到肝脏三维CT图像。
可选择地，图像绘制子模块的错切变换单元进一步包括依次设置的空间变换子单元以及中间图像合成子单元。其中，空间变换子单元根据视点相对于确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据的观察方向建立中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，将每个体数据由物体空间变换到错切物体空间。中间图像合成子单元将错切后的每个体数据的各采样点在错切空间中分别进行颜色和不透明度的插值计算后在错切物体空间的中间平面中合成为中间图像。
其中，空间变换子单元中每个体数据经透视投影模块处理后由物体空间变换到错切物体空间，透视投影模块包括数据平面平移部分和比例变换部分。
可选择地，动态演示模块包括依次设置的交互显示单元以及开窗单元。交互显示单元用于提供特定肝脏三维图像实体显示和交互。开窗单元通过在特定肝脏三维图像上自由设置的切割顶点构造成切割平面，通过鼠标操作移动每个切割面的位置以展示不同的开窗效果，再现特定肝脏三维图像的任一断层，显示出特定肝脏三维CT图像被覆盖的内部结构。
可选择地，动态演示模块的交互显示单元中可以自由设置肝脏三维CT立体图像的构成材料，包括每种材料的上下限、不透明度、颜色，以及通过鼠标键盘对绘制区内的特定肝脏三维图像进行任意的缩放、移动、旋转、交互等。
其中，动态演示模块中通过设置切入方向和切入点结合切割平面进行移动、旋转、定位交互操作实现对特定肝脏三维图像任意方向、任意部位的切除。
可选择地，实现开窗功能中用户自由设置的切割顶点构造成的切割平面为6个。
优选地，在动态演示模块中可以通过设置切入方向和切入点结合切割平面进行移动、旋转、定位交互操作实现对特定肝脏三维图像任意方向、任意部位的切除。
可选择地，上传至系统中的取自不同截面的DICOM格式的至少十幅肝脏CT图像由肝脏三期中的任意一期扫描得到。
其中，三期扫描包括肝动脉、门静脉及平衡期。优选地，上传至系统中的肝脏数据图像至少应包括肝动脉、门静脉及平衡期取自不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像各10～200张，比如100张。
可选择地，上传至系统的取自不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像可以为肝脏肿瘤及肝胆疾病患者进行CT扫描获得的肝脏影像数据，也可以为因其他原因需行CT检查的患者扫描获得的肝脏影像数据，经患者允许后上传至系统。其中，因其他原因需行CT检查扫描获得的肝脏影像数据应包含完整的肝脏且为未引起肝脏大小、形态、结构、位置等变化。
可选择地，原始二维图像信息与特定肝脏三维图像一同保存于肝脏信息数据库中。
其中，B样条是样条曲线一种特殊的表示形式，是B样条基曲线的线性组合。B样条函数的研究最早开始于十九世纪，当时N.Lobachevsky把B样条作为某些概率分布的卷积。在1946年，I.J.schoenberg利用B样条进行统计数据的光滑化处理，他的论文开创了样条逼近的现代理论。随后，CdeBoor，M.Cox和LMansfiekl发现了B样条的递推关系。
此外，该系统处理肝脏CT图像的三维重建方案还可以选择如本实用新型背景技术中介绍的其中一种CT图像三维重建方案。
可选择地，该系统可以为基于多个服务器(电脑)、存储设备、和/或显示设备搭建的数据处理平台。
可选择地，数据接收模块与三维图像处理模块之间通过有线通信或无线通信连接，三维图像处理模块与肝脏信息数据库之间通过有线通信或无线通信连接，肝脏信息数据库与动态演示模块之间通过有线通信或无线通信连接。比如：本系统的各模块之间可以通过互联网(有线或无线网络)远程连接，或者通过数据线连接并集成于一个工作站内。
可选择地，数据接收模块与三维图像处理模块之间通过互联网连接，三维图像处理模块与肝脏信息数据库之间通过数据线连接，肝脏信息数据库与动态演示模块之间通过互联网连接。
可选择地，动态演示模块包括用于显示图像和进行触摸控制的触摸式液晶显示屏。
可选择地，该系统的各部件可安装集成于一个立式机架内，并于机架的上部安装用于供人员观察图像和选择控制的触摸式液晶显示屏。
本实用新型的有益效果是：(1)、该系统集中处理大量的肝脏数据，省去大量处理工作，资源共享，查找方便；(2)、该系统针对不同年龄组大数据量的人类正常肝脏及主要肝胆脾胰疾病的肝脏数字模型进行三维展示，完整而清晰的展示大量正常人的肝脏血管等管道系统解剖差异以及肝肿瘤等肝胆疾病患者肝脏内部状态；(3)、该系统包括大数据量的肝脏数据，通过开放平台共享，全球各地专家可以共享数字化肝脏数据、讨论病例，有利于医生之间交流，共享知识，符合国家互联网+战略方向。
附图说明
图1示出了本实用新型的基于大数据的肝脏三维图像动态演示装置的构造示意图。
具体实施方式
请参照图1，根据本实用新型的实施方式一，提供一种基于大数据的肝脏三维图像动态演示装置，包括：数据接收模块100、三维图像处理模块300、肝脏信息数据库500以及动态演示模块700。
数据接收模块100用于获得针对特定肝脏的取自不同截面的DICOM格式的十幅肝脏CT图像，三维图像处理模块300用于基于十幅肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像，肝脏信息数据库500用于依照特定肝脏的患病类型、患者性别、患者年龄、生活地区以及就诊医院分类存储来自三维图像处理模块300的特定肝脏三维图像，动态演示模块700用于动态演示特定肝脏三维图像的。其中，三维图像处理模块300包括：图像预处理子模块310、肝脏提取子模块330以及图像绘制子模块350。图像预处理子模块310依次对十幅肝脏CT图像中的每幅肝脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理，肝脏提取子模块330分割经预处理的肝脏数据图像以检测肝脏轮廓边缘并提取肝脏轮廓线，图像绘制子模块350将分割后的十幅肝脏CT图像按照对应的实际空间位置顺序在每相邻两幅肝脏CT图像之间构造出若干体数据单元，并通过对每个体数据单元进行错切变换和二维图像变形从而获得特定肝脏三维图像。
具体地，在该非限制性实施方式中，图像预处理子模块310包括图像平滑单元以及图像增强单元。图像平滑单元采用空域法在空间域中对每幅肝脏CT图像像素灰度值直接进行运算处理，滤除每幅肝脏CT图像中的噪声。图像增强单元用于尖锐化增强处理经过平滑处理的每幅肝脏CT图像以增加每幅肝脏CT图像的边缘鲜明度。
具体地，在该非限制性实施方式中，肝脏提取子模块330包括肝脏定位单元、分割单元、边界检测单元以及边界跟踪单元。肝脏定位单元通过肝脏体积和肝脏灰度自动定位出每幅肝脏CT图像中的肝脏位置。分割单元通过B样条弹性配准经预处理子模块输出的每幅肝脏CT图像，利用自适应对每幅肝脏CT图像进行分割得到分割肝脏部分图像。边界检测单元通过微分算子法考察分割肝脏部分图像中的每个像素在任意邻域内灰度的变化，根据每个像素任意邻域一阶和/或二阶方向导数变化定位出肝脏边界点。边界跟踪单元通过依次搜索相邻肝脏边界点，依次连接边界点从而逐步检测出肝脏边界得到确定的肝脏轮廓。
具体地，在该非限制性实施方式中，图像绘制子模块350包括错切变换单元以及二维图像变形单元。错切变换单元进一步包括空间变换子单元以及中间图像合成子单元。
具体地，在该非限制性实施方式中，错切变换单元将确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据变换至中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，从视点发出的射线垂直于中间坐标系XOY平面得到中间图像。空间变换子单元根据视点相对于确定的肝脏轮廓内构造出的每个体数据的观察方向建立中间坐标系，中间坐标系的Z轴与观察方向重合，将每个体数据由物体空间变换到错切物体空间。中间图像合成子单元将错切后的每个体数据的各采样点在错切空间中分别进行颜色和不透明度的插值计算后在错切物体空间的中间平面中合成为中间图像。空间变换子单元中每个体数据经透视投影模块处理后由物体空间变换到错切物体空间，透视投影模块包括数据平面平移部分和比例变换部分。
具体地，在该非限制性实施方式中，二维图像变形单元应用二维图像变形矩阵对错切变换单元得到的中间图像进行二维图像变换，将中间图像变换至屏幕图像空间得到肝脏三维CT图像。
具体地，在该非限制性实施方式中，动态演示模块700包括交互显示单元以及开窗单元。交互显示单元用于提供特定肝脏三维图像实体显示和交互。开窗单元通过在特定肝脏三维图像上自由设置的切割顶点构造成6个切割平面，通过鼠标操作移动每个切割面的位置以展示不同的开窗效果，再现特定肝脏三维图像的任一断层，显示出特定肝脏三维CT图像被覆盖的内部结构。
具体地，在该非限制性实施方式中，动态演示模块700中通过设置切入方向和切入点结合切割平面进行移动、旋转、定位交互操作实现对特定肝脏三维图像任意方向、任意部位的切除。
尽管在此已详细描述本实用新型的优选实施方式，但要理解的是本实用新型并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。