一种使用可视化面积评估虚拟结肠镜可视化技术的方法与流程

本发明属于临床医学结肠领域，尤其涉及一种使用可视化面积评估虚拟结肠镜可视化技术的方法。

背景技术：

虚拟结肠镜普遍采用fly-through可视化技术,为了模拟光学结肠镜的检测思路,这项技术采用虚拟的摄像头(一般采用90-120度的视角)沿计算好的三维中心线,表面渲染技术,真实再现结直肠内部的情形，观测的方向可以从直肠开始(antegrade),或者从盲肠开始观察(retrograde)。

通过fly-through技术和fly-over技术的观测评估可视化技术，但现有技术中采用的手段评估可视化技术，其评估的结果大都不精确，存在误差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中采用的手段对可视化技术进行评估，其评估的结果大都不理想、不精确，存在误差。

为解决上面的技术问题，本发明提供了一种使用可视化面积评估虚拟结肠镜可视化技术的方法，该方法包括：

s1，获取临床ct结肠的切片图像；

s2，对所述切片图像进行处理以完成结肠组织的分割；

s3，根据分割后的所述结肠组织,创建三维结肠模型；

s4，提取所述三维结肠模型的中心线,并沿所述中心线将所述三维结肠模型均分成左右两半部分的三维结肠模型；

s5，分别采集所述左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积；

s6，将所述可视化面积与所述三维结肠模型的所有表面积进行比较，根据比较结果对虚拟结肠镜可视化技术进行评估。

本发明的有益效果：通过将上述采集三维结肠模型的可视化面积以及三维结肠模型的所有表面积进行比较，可以更精确地评估可视化技术的，得到的结果更加精确，大大减少了误差。

进一步地，所述s4中包括：

s41，将所述三维结肠模型划分成长度相等的多个三维结肠模型环；

s42，提取每个所述三维结肠模型环的中心线；

s43，将每个所述三维结肠模型环沿所述每个所述三维结肠模型环的中心线均分成左右两半部分的三维结肠模型环；

s44，将每个左半部分的所述三维结肠模型环连接成整个的左半部分的所述三维结肠模型，同时将每个右半部分的所述三维结肠模型环连接成整个的右半部分的所述三维结肠模型。

上述进一步地有益效果：通过将三维结肠模型划分成长度相等多个三维结肠模型环，将每个所述三维结肠模型环沿其对应的中心线均分成左右两半部分的三维结肠模型环。这样可以使得后续观测到的结肠组织更加全面和完整，同时也方便观测和计算结肠面积。

进一步地，所述s5中包括：分别为所述左右两半部分的三维结肠模型配置一个虚拟摄像头,所述虚拟摄像头分别沿所述中心线的路径采集所述左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积。

进一步地，所述s6中包括：计算所述可视化面积与所述三维结肠模型的所有表面积的比值，根据所述比值对虚拟结肠镜可视化技术进行评估。

上述进一步地有益效果：通过计算可视化面积与三维结肠模型的所有表面积的比值，可以判断出虚拟结肠镜可视化技术的优劣。

进一步地，所述s3中包括：获取分割后的所述三维结肠组织的等值面，将所述等值面进行表面渲染，得到所述三维结肠组织模型。

进一步地，提取所述三维结肠模型的中心线包括：基于梯度矢量场的算法提取所述三维结肠模型的中心线。

进一步地，所述s2中包括：

根据水平集和贝叶斯理论对所述切片图像进行处理以完成三维结肠组织的分割。

进一步地，将所述三维结肠模型表面积均分成多个标准面积的三角形，根据所述三角形总数与所述三角形的标准面积确定所述三维结肠模型的所有表面积。

进一步地，根据fly-over技术观测到的所述三角形的个数与所述三角形的标准面积确定所述可视化面积。

上述进一步的有益效果：通过将三维结肠模型表面积均分成多个标准面积的三角形，这样计算三角形的个数，就可以直接得到三角形的面积，这样也得到的结果既准确也方便。

附图说明

图1为本发明的一种使用可视化面积评估虚拟结肠镜可视化技术的方法的流程图；

图2为本发明采用fly-over技术和fly-through技术观测结肠组织的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例1是一种使用可视化面积评估虚拟结肠镜可视化技术的方法，该方法包括：

s1，获取临床ct结肠的切片图像；

s2，对所述切片图像进行处理以完成结肠组织的分割；

s3，根据分割后的所述结肠组织,创建三维结肠模型；

s4，提取所述三维结肠模型的中心线,并沿所述中心线将所述三维结肠模型均分成左右两半部分的三维结肠模型；

s5，分别采集所述左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积；

s6，将所述可视化面积与所述三维结肠模型的所有表面积进行比较，根据比较结果对虚拟结肠镜可视化技术进行评估。

需要说明的是，在本实施例1中首先，通过采用任意的ct扫描仪扫描和采集一般从胸部到腹部的结肠切片图像，一般采集的结肠切片图像数目是400-500张，其中，属于一个患者结肠ct数据一般存储在同一个目录下，可以是专业的医疗数位影像传输协定(dicom，digitalimagingandcommunicationsinmedicine，或者常规的jpeg,bmp等标准切片图像。将这些采集的结肠切片图像输入到计算机中，通过计算机分辨出切片图像中不同的像素，可以得知哪部分是属于结肠组织和非结肠组织，像素深的属于结肠组织，像素浅的属于非结肠组织。再将这些不同像素的切片图像分割出来，也就是将属于结肠组织的部分分割出来。其中，结肠组织的分割是基于水平集(levelsets)、结肠组织的高斯分布、非结肠组织的高斯分布以及依据贝叶斯理论(bayesiantheory)或者采用三维区域增长等的方法，把待定像素归类为结肠组织或者非结肠组织的方法，从而完成结肠组织分割。比如：水平集进行三维结肠切片图像分割。全部结肠组织像素(第一类数据)和其他非结肠组织像素(第二类数据)都符合高斯分布。具体来说，可以通过如下公式(1)-(3)来描述：

其中，x＝(x,y,z)是像素的三位空间位置，h(a)是单位阶梯函数，即

i(x)是该像素的强度，对于两类不同的组织，即结肠组织(i＝1)和非结肠组织(i＝2),μ和σ分别是该类的均值和方差。π是该类的先验概率，即

对于一个待定像素的归类，可以依据下面的公式(4):

i(x)＝arg(maxi＝1，2(πi(pii(x)))),(4)

其中p通过高斯分布得到的概率，然后根据贝叶斯理论，该待定像素的先验概率π*p,获得的较大的后验概率大的那类，即该待定像素的所属类。

接着，将切割出来的结肠组织进行三维渲染成三维结肠模型，再提取该三维结肠模型的中心线,并沿该中心线将该三维结肠模型均分成左右两半部分的三维结肠模型，其中，三维模型的中心线提取是基于梯度向量流(gradientvectorflow-gvf)的自动算法，比如：通过三维空间最短路径来进行三维模型的中心线提取，即从三维结肠位置(盲肠)到结束位置(直肠末端/肛门，其过程为：对于两点(a和b)之间的最短路径c(s),在三维图像空间，成本函数u是三维空间位置p(x,y,z)的函数，然后最短路径，即三维中心线t在空间位置p可以定义为：

上述积分最少值便是最小成本函数，即三维中心线。

方程(5)的解是一个非线性偏微分方程

其中:f(p)＝1/u(p)。

然后，分别采集上述提及到的左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积，通过fly-over技术进行采集，最后将采集的该可视化面积与怪三维结肠模型的所有表面积进行比较，根据比较结果确定fly-over技术可视化的性能。

通过将上述采集三维结肠模型的可视化面积以及三维结肠模型的所有表面积进行比较，可以更精确地评估可视化技术的，得到的结果更加精确，大大减少了误差。

可选地，所述s4中包括：

s41，将所述三维结肠模型划分成长度相等的多个三维结肠模型环；

s42，提取每个所述三维结肠模型环的中心线；

s43，将每个所述三维结肠模型环沿所述每个所述三维结肠模型环的中心线均分成左右两半部分的三维结肠模型环；

s44，将每个左半部分的所述三维结肠模型环连接成整个的左半部分的所述三维结肠模型，同时将每个右半部分的所述三维结肠模型环连接成整个的右半部分的所述三维结肠模型。

需要说明的是，在本实施例1中首先，是将上述提及到该三维结肠模型划分成长度相等的多个三维结肠模型环，再提取每个三维结肠模型环的中心线，然后将每个三维结肠模型环沿与该环对应的中心线均分成左右两半部分的三维结肠模型环，再将每个左半部分的三维结肠模型环连接成整个的左半部分的三维结肠模型，同时将每个右半部分的三维结肠模型环连接成整个的右半部分的三维结肠模型。

通过可选地的技术，将三维结肠模型划分成长度相等多个三维结肠模型环，将每个所述三维结肠模型环沿其对应的中心线均分成左右两半部分的三维结肠模型环。这样可以使得后续观测到的结肠组织更加全面和完整，同时也方便观测和计算结肠面积。

可选地，所述s5中包括：分别为所述左右两半部分的三维结肠模型配置一个虚拟摄像头,所述虚拟摄像头分别沿所述中心线的路径采集所述左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积。

需要说明的是，在本实施例1中是在上述提及到的该左右两半部分的三维结肠模型分别配置一个虚拟摄像头，然后这两个虚拟摄像头分别沿中心线的路径采集左右两半部分的三维结肠模型的可视化面积。

可选地，所述s6中包括：计算所述可视化面积与所述三维结肠模型的所有表面积的比值，根据所述比值对虚拟结肠镜可视化技术进行评估。

需要说明的是，通过计算可视化面积与三维结肠模型的所有表面积的比值，可以判断出虚拟结肠镜可视化技术的优劣。

可选地，所述s3中包括：获取分割后的所述三维结肠组织的等值面，将所述等值面进行表面渲染，得到所述三维结肠组织模型。

需要说明的是，分割以后三维结肠图像的等值面(iso-surface)来创建三维模型，然后进行表面渲染。渲染将会在上面添加位图纹理或者程序纹理、照明、凸凹纹理映射以及相对于其它物体的位置。得到的结果就是消费者或者观察者所能看到的完整图像。

可选地，提取所述三维结肠模型的中心线包括：基于梯度矢量场的算法提取所述三维结肠模型的中心线。

可选地，所述s2中包括：

根据水平集和贝叶斯理论对所述切片图像进行处理以完成三维结肠组织的分割。

可选地，将所述三维结肠模型表面积均分成多个标准面积的三角形，根据所述三角形总数与所述三角形的标准面积确定所述三维结肠模型的所有表面积。比如：三角形的标准面积为1，总三角形个数为n；则所有表面积＝三角形的标准面积1*总三角形个数为n。

可选地，根据fly-over技术观测到的所述三角形的个数与所述三角形的标准面积确定所述可视化面积。

需要说明的是，通过将三维结肠模型表面积均分成多个标准面积的三角形，这样计算三角形的个数，就可以直接观测到三角形的面积，这样也得到的结果既准确也方便。比如：fly-over技术可视化下得到所述三角形的个数为n1，则可视化面积＝三角形的标准面积1*n1，假如在fly-through技术观测到的面积个数为300，fly-over技术可视化下得到所述三角形的个数为490，而三角形总数为500，则可以知道fly-over技术可视化技术观测的结肠组织更好。

如图2所示，浅色系的为可视化面积，深色系的不可以观测到的面积，在临床试验中表明：

第一组：fly-through单向检测，使用从肛门到盲肠的检测，可视化面积比只有79％。

第二组：fly-through双向检测，从肛门到盲肠，然后从盲肠再回到肛门，虽然双向fly-through可视化面积比提升到93％，但检测时间是两倍。

第三组：fly-over单向检测，从肛门到盲肠，fly-over可视化面积比高达99.7％，充分防止漏检。

综上所述，本实施例1与虚拟结肠镜普遍采用fly-through可视化技术比较，fly-over本专利具有如下的技术和商业优势：

提供的计算方法没有几何畸变；

没有视场角限制,可以使观测到的结肠表面最大化；

没有透视畸变，不会错失在肠壁褶皱内侧的结肠息肉；

模拟专家,在检测过程中为了适应结直肠的转向,自动调整摄像头角度；

最大可视化结肠内表面,以利于发现在褶皱后面病变；

最大的自由度调整摄像头的高度。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。