器官腔壁展开方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及医学领域断层扫描(Computed Tomography，简称CT)图像的处理，尤其 涉及一种基于光线投射的支气管、血管、结肠等管状器官的腔壁展开方法。
【背景技术】
[0002]结肠是人体重要的管腔器官，计算机断层扫描结肠成像（Computed Tomography Colonography，简称CTC)自1994年诞生之后，通过不断发展，目前已经成为检测结肠疾病常 用的医学影像技术。CT结肠成像技术(CTC)与结肠镜有类似的作用，能对全结肠进行成像检 查，且侵入性较低。在结肠CT图像后处理中，对肠壁进行展开是将结肠腔内3D视图转换为2D 平面视图，从而方便观察比对结肠内部组织，发现结肠病变组织并进行显示，利于后续进一 步的诊断治疗。
[0003] 现有的肠壁展开技术主要分为三种，分别为线性光线投射技术、非线性光线投射 技术以及局部光线投射技术。其中，非线性光线投射技术需要实时利用梯度场弯曲投射方 向，运算量较大，运行速度慢。局部投射技术只能将展开的结果保存为视频供用户浏览，无 法生成一整幅2D的视图。基于光线投射的肠壁展开算法，当结肠的弯曲角度很大时，容易出 现因为射线初始方向不准确导致的展开图错误，和因为射线交叉导致展开图部分内容重复 出现的问题。
[0004] 综上所述，现有的肠壁展开方法需要加以改善，从而提升肠壁展开的速度和精度， 满足医学诊断对肠壁图像的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种器官腔壁展开方法，用于改善腔壁展开的效果。
[0006] 为了实现前述发明目的，本发明提供一种器官腔壁展开方法，包括以下步骤：
[0007] 获得器官的掩膜和中心线；
[0008] 初始化中心线上的点的光线方向，包括判断掩膜是否存在粘连，如果存在，则去除 粘连;将掩膜中的连通域分成若干片层;求出片层在三维坐标系上的主方向即第一方向、第 二方向、第三方向；求出中心线上的点的初始法向量及初始切向量;将初始法向量在第一方 向和第二方向所在平面的投影结果赋值给光线方向的法向量、将第三方向或者第三方向的 反方向赋值给光线方向的切向量；
[0009] 根据上述步骤获得的中心线及光线方向对腔壁进行采样，并将采样结果映射到二 维平面，生成腔壁展开二维视图。
[0010] 优选地，求出中心线上的点的初始法向量及初始切向量的步骤之后还包括:判断 是否完成遍历中心线上的点，如果没完成，则判断当前点是否在掩膜内，如果当前点在掩膜 内，则将初始法向量在第一方向和第二方向所在平面的投影结果赋值给光线方向的法向 量、将第三方向或者第三方向的反方向赋值给光线方向的切向量;如果当前点不在掩膜内， 则将上一个点的光线方向法向量和切向量赋值给当前点；如果完成遍历中心线上的点，则 输出中心线上所有点的光线方向初始化结果。
[0011]优选地，将第三方向或者第三方向的反方向赋值给光线方向的切向量的步骤中， 当初始切向量与第三方向的夹角小于90度，则将第三方向赋值给光线方向的切向量；当初 始切向量与第三方向的夹角大于90度，则将第三方向的反方向赋值给光线方向的切向量。
[0012] 优选地，其特征在于，求出中心线上的点的初始法向量及初始切向量的步骤中，求 出的初始法向量的旋转最小。
[0013] 优选地，初始化中心线上的点的光线方向的步骤中，中心线上的某一点不在掩膜 内时，将中心线上与某一点相邻的点的光线方向的法向量及切向量赋值给所述某一点。
[0014] 优选地，将掩膜中的连通域分成若干片层的步骤包括:将所述中心线与掩膜中的 连通域两端面的交点，分别作为起点和终点，并计算所述连通域内任一点与所述起点和终 点之间的互补测地距离，根据计算得到的连通域的互补测地距离，将所述连通域分成具有 预设距离间隔的所述若干片层。
[0015] 优选地，所述器官腔壁展开方法还包括在初始化中心线上的点的光线方向的步骤 完成之后进行的校正光线方向步骤。
[0016] 优选地，校正光线方向步骤包括如下步骤:a、确定出中心线上第一个适合进行腔 壁展开的中心点P0，此点之前的中心点的方向设定为P0的方向；b、得到各个中心点的腔壁 展开方向；C、调整步骤b中没处理到的中心点。
[0017] 优选地，步骤a中，对中心线上每个中心点在每一个角度上的射线，逐次增加一定 的步长，当射线到达的位置的CT值大于特定阈值时，也就是位于器官腔壁上时，停止前进， 射线到达的位置点作为此方向上的展开点，旋转360度，得到若干展开点，求出展开点和中 心点之间的距离，如果距离最大值大于距离最小值的3倍，此点不是合适点，反之，此点作为 合适的中心点，记为P0。
[0018]优选地，步骤b中包括:①选择P0作为前控制点，间隔一定中心点数选择后控制点； ②检测前控制点和后控制点对应的展开面的交叉情况;③记前后两控制点之间的中心点为 S，$为距前控制点第j个的中心点;④把Pi+ι作为Pi，Pi后的第η个中心点作为Pi+ι，重复步骤 ②-④，直到Pi +1超出了末个中心点。
[0019] 优选地，步骤③中，如果前后两控制点对应的展开面是不交叉的即情况为C0,则不 进行方向校正，Κ的各个射线方向 <(幻通过前后控制面插值得到;前后两控制点对应的展 开面是前交叉，此交叉情况记为C1;前后两控制点对应的展开面是后交叉，此交叉情况记为 C2;前后两控制点对应的展开面是相互交叉，此交叉情况记为C3;如果是C1或C3，则前控制 点逐次前移，判断新的前控制点和后控制点的交叉情况，直至为非C1和非C3情况，此时，情 况为C0或C2，如果为C2，依据由近及远的原则，依次利用< 的切向量和法向量，作为pi+1的切 向量和法向量，并利用光线投射，计算出此方向下的展开面，并和Pl的展开面进行判断，直 至调整为C0情况，然后ΡηΡ1+1之间的中心点方向按上述插值得到。
[0020] 优选地，步骤c包括:如果后一个控制点超出了末个中心点，则把后一个控制点设 置为末个中心点，对后一控制点进行方向调整后，中间的中心点方向通过插值得到。
[0021] 优选地，器官腔壁展开方法还包括输出腔壁展开二维视图的步骤。
[0022] 本发明通过初始化中心线上的点的光线方向，提升了展开过程中所用的中心线上 的点的光线投射方向即光线的初始方向的准确性，明显改善了腔壁展开的效果。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例中器官腔壁展开方法的流程示意图。
[0024]图2为本发明实施例中连通域分成间隔预设距离的多个片层的示意图。
[0025] 图3为本发明实施例中利用主成分分析出片层的主方向的示意图。
[0026] 图4为本发明实施例中光线方向校正步骤中采用的控制点及中心点的示意图。
[0027] 图5为本发明实施例中检测前控制点和后控制点对应的展开面的交叉情况的示意 图。
[0028]图6a_6c分别为本发明实施例中前控制点和后控制点对应的展开面相互交叉、前 交叉、后交叉的示意图。
[0029] 图7为本发明实施例中光线方向校正步骤中初始调整的流程示意图。
[0030] 图8为本发明实施例中光线方向校正步骤中主调整的流程示意图。
【具体实施方式】
[0031] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要 求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0032] 在本发明的一实施例中，腔壁为结肠的内壁，腔壁展开方法为肠壁展开方法，在其 他可替代的实施例中，所述腔壁还可以为血管壁、气管壁等管状器官的内壁。
[0033]结肠CT图像的后处理通常包括以下步骤：
[0034] 获得CT结肠数据：通过对受检者进