一种基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学影像处理领域，特别涉及一种基于断层影像重建的人体器官表面 地图化方法。
【背景技术】
[0002] 断层影像主要包括CT、MRI等，目前断层影像已被广泛应用在器官形态学研宄领 域。断层影像的处理方法有图像分割、形态学处理、三维成像等。通过图像处理和形态测量， 可以分析被检测物随时间的变化，例如人体器官的生长、发育和衰老等形态学研宄。
[0003] 目前通过CT断层扫描等方式得到的断层影像均为三维影像，在进行观看和分析 时不够直观。同时，在与之前所拍摄的影像进行比对时，也不易发现差别。
[0004] 因此，寻求一种更直观的断层影像显示方法具有重要的实用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于断层影像重建 的人体器官表面地图化方法，该方法可以将通过CT断层扫描得到的器官的三维图像转换 为二维图像，即将其表面进行地图化，从而便于观察和分析，具有更直观、更形象的优点。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于断层影像重建的人体器官表面 地图化方法，对器官进行CT扫描后，得到器官的三维图像，对此三维图像进行定位、断层重 建；对每一幅断层图像进行边界提取，得到整个器官的三维表面图像；由器官的惯量主轴 确定剪开线，以此剪开线剪开断层影像的边界；然后定义一个海平面作为基线，沿基线展开 断层影像边界，构成器官表面地图；最后以基线为水平直线，器官断层边界相对水平直线的 距离形成等高线，构成器官表面的网格图形。
[0007] 具体包括以下步骤：
[0008] (1)重建：对器官进行CT断层扫描，由几何变换寻找器官的惯量主轴，把器官的惯 量主轴作为器官的本体坐标，然后进行断层重建；
[0009] (2)边界提取：对于重建后器官的每个断层图像，提取其断层边界以获取器官表 面信息；
[0010] (3)确定剪开线：确定器官最小轴转动惯量对应的最小惯量主轴以及最大轴转动 惯量对应的最大惯量主轴，将这两个惯量主轴形成的平面与重建后器官表面形成的切割线 作为器官的本初子午线，以该本初子午线作为器官表面展开的剪开线；
[0011] (4)确定基线：沿步骤（3)所述的剪开线将断层剪开、排序，确定该断层图像上垂 直于最小惯量主轴或者最大惯量主轴的断层边界的平均半径，建立一个圆心在质心上、半 径为上述平均半径的圆，以此圆周作为断层边界的海平面，以海平面为基线，实现断层边界 的展开，得到器官表面地图；
[0012] (5)摊平：以基线为水平直线，以器官断层边界相对海平面的距离形成等高线；
[0013] (6)所有断层图像均按照步骤（5)处理后，组成有等高线标志的器官表面网格图 形。
[0014] 具体的，所述步骤（1)中，当器官被数字化后，器官就是由具有位置和密度的体微 元（包含位置和密度两个物理量的对象）组成的集合，某一位置坐标相同的体微元的集合 即为断层（两个位置坐标相同的体微元的集合即为轴），那么器官断层的重建就是体微元 位置坐标的变换。采用如下方法进行断层重建：
【主权项】
1. 一种基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在于，对器官进行CT扫 描后，得到器官的三维图像，对此三维图像进行定位、断层重建；对每一幅断层图像进行边 界提取，得到整个器官的三维表面图像；由器官的惯量主轴确定剪开线，以此剪开线剪开断 层影像的边界；然后定义一个海平面作为基线，沿基线展开断层影像边界，构成器官表面地 图；最后以基线为水平直线，器官断层边界相对水平直线的距离形成等高线，构成器官表面 的网格图形。
2. 根据权利要求1所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，包括以下步 骤： (1) 重建：对器官进行CT断层扫描，由几何变换寻找器官的惯量主轴，把器官的惯量主 轴作为器官的本体坐标，然后进行断层重建； (2) 边界提取：对于重建后器官的每个断层图像，提取其断层边界以获取器官表面信 息； (3) 确定剪开线：确定器官最小轴转动惯量对应的最小惯量主轴以及最大轴转动惯量 对应的最大惯量主轴，将这两个惯量主轴形成的平面与重建后器官表面形成的切割线作为 器官的本初子午线，以该本初子午线作为器官表面展开的剪开线； (4) 确定基线：沿步骤（3)所述的剪开线将断层剪开、排序，确定该断层图像上垂直于 最小惯量主轴或者最大惯量主轴的断层边界的平均半径，建立一个圆心在质心上、半径为 上述平均半径的圆，以此圆周作为断层边界的海平面，以海平面为基线，实现断层边界的展 开，得到器官表面地图； (5) 摊平：以基线为水平直线，以器官断层边界相对海平面的距离形成等高线； (6) 所有断层图像均按照步骤（5)处理后，组成有等高线标志的器官表面网格图形。
3. 根据权利要求2所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在 于，所述步骤（1)中，当器官被数字化后，器官是由具有位置和密度的体微元组成的集合， 器官断层的重建即为体微元位置坐标的变换，采用如下方法进行断层重建：
式中，〇^，^，ζΜ)为当前体微元的位置，（Xi，yi，Zi)表示重建后体微元的位置， truncO为取整函数，其中Δχ= Ay= Λ z，并与原始图像的水平分辨率、垂直分辨率和CT 扫描层距相同。
4. 根据权利要求2所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在 于，在进行CT扫描时，设定空气的CT值为0,所述步骤（2)，对每个断层图像，提取其断层边 界的方法如下：
式中，Z表示CT扫描的断层影像的层的序号，（X，y) z表示z层中体微元的位置，P (x，y) z表示体微元的密度。
5. 根据权利要求2所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在 于，所述步骤（3)中，以本初子午线为器官表面展开的剪开线，展开后每一个断层用如下方 式表示：
式中，〇丨，乂)表示断层边界体微元的位置，（<,%)表示断层质心相对惯性参考系的 位置，i表示断层边界上体微元剪开后的位置序号。
6. 根据权利要求2所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在 于，所述步骤（4)中，以海平面为基线，实现断层影像边界展开，展开后各断层图像的表示 方法如下：
表示断层影像边 界点的位置，表示断层影像质心相对惯性参考系的位置。
7. 根据权利要求2所述的基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，其特征在 于，所述步骤（6)中，得到的器官表面网格图形的表示方法如下：
式中P(i，j)表示器官表面地图摊平后断层影像边界点在平面中的位置，
J Izj-Zp1Idj, (i，j)表示器官地图中的某一位置，Zi，Zj表示（i，j)这一位置的序号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于断层影像重建的人体器官表面地图化方法，基于断层影像重建的人体器官，通过器官的惯量主轴确定器官地图的本初子午线和等高线等绘图要素，采用断层重建和断层边界展开等方法实现器官表面的地图化。本发明可为器官表面的形态分析提供定量化研究。
【IPC分类】G06T11-00, G06T3-00
【公开号】CN104680479
【申请号】CN201510095385
【发明人】范毅方
【申请人】福建师范大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月4日