肝脏DICOM医学图像三维数据中心处理设备的制作方法

文档序号:13730420阅读:474来源:国知局
肝脏DICOM医学图像三维数据中心处理设备的制作方法

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:

VTK(The Visualization Toolkit)是美国Kitware公司的一个开源的可视化开发包。主要用于计算机三维图形可视化。它在科学可视化方面尤其是三维重建方面如面绘制和体绘制方面具有强大的功能,使其在医学图像三维重建领域得了到广泛的应用,目前某些商业医学图像三维重建系统都借鉴或直接使用了VTK。VTK支持Window,Unix等多种平台,支持C、C++、Java、Tcl/Tk以及Python等编程语言。VTK是在底层采用了三维图形库OpenGL,运用面向对象的方法设计,它将我们在可视化开发过程中会经常遇到的细节进行了屏蔽,并将一些可复用的常见算法封装起来。开发人员在开发平台上设置好参数以后调用该函数即可实现可视化。VTK的体系结构使其具有非常好的内存管理机制,可以支持基于网络的开发语言比如Java和VRML,随着Web和Internet技术的发展,利用VTK进行网络可视化方面的开发有着很好的发展前景。VTK底层基于OpenGL,OpenGL的设备无关性使其代码具有良好的可移植性,通过预编译指令实现跨平台的代码。

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201510346662.9公开的一种基于VTK的医学图像三维重建方法,该发明提供一种基于VTK的医学图像三维重建方法, 属于医疗领域。采用的是将Qt界面工具整合VTK后,将读取的分散数据转换成连续的数据场,然后通过VTK的合成体绘制函数进行处理,通过VTK的绘制类,在绘制对象窗口显示,即得重建后的三维结果。然而,该基于VTK的医学图像三维重建方法通过体绘制重建得到的肝脏三维CT立体图像虽能显示整个肝脏的轮廓,但难以辨认清楚里面的血管,进行肝脏三维重建时间较采用面绘制进行三维重建的时间长,导致大量读入数据进行重建时效率较低,将目标肝脏的静脉期、门静脉期以及动脉期肝脏这三期数据同时导入该系统时必然增加系统的负担,不适合于广泛推广应用。

如中国专利申请200810197660.8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重建肝脏三维CT立体图像程序较多、耗时较长,不适用于一次处理大量肝脏图像。

因此,提供一种功能完备、快速高效完成肝脏三维重建、便于推广普及的肝脏三维数据库系统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能够快速高效完成肝脏三维重建、便于推广普及的肝脏DICOM医学图像三维数据中心处理设备。

根据本实用新型的一个方面,提供一种肝脏DICOM医学图像三维数据中心处理设备,用于通过数据线分别与图像采集装置和数据存储装置连接,肝脏DICOM医学图像三维数据中心处理设备包括机壳以及设置于机壳内并将机壳内部分隔为至少四个安置空间的至少三个支架。至少四个安置空间由上而下依次设置为用于安装进风风机的上风室、用于安装通过数据线与图像采集装置相连的图像格式转化装置的图像转化 室、用于安装通过数据线分别与图像格式转化装置和数据存储装置相连的三维图像处理装置的图像处理室、以及用于安装出风风机的下风室,其中,机壳的后背板朝向机壳内侧的一面设有通信连接板,通信连接板上纵向间隔设有第一端子和第二端子。

根据本实用新型的另一个方面,提供一种肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备,包括:中心处理单元、通过数据线与中心处理单元连接的图像采集装置、以及通过数据线与中心处理单元连接的数据存储装置。中心处理单元进一步包括机壳以及设置于机壳内并将机壳内部分隔为至少四个安置空间的至少三个支架,至少四个安置空间由上而下依次设置为用于安装进风风机的上风室、用于安装图像格式转化装置的图像转化室、用于安装三维图像处理装置的图像处理室、以及用于安装出风风机的下风室,其中,图像格式转化装置与三维图像处理装置通过数据线相连,图像采集装置通过数据线与中心处理单元的图像格式转化装置相连,数据存储装置通过数据线与中心处理单元的三维图像处理装置相连。

可选择地,机壳的后背板朝向机壳内侧的一面设有通信连接板,通信连接板上纵向间隔设有第一端子和第二端子。

可选择地,图像格式转化装置上设有与通信连接板的第一端子相连的第一端口,三维图像处理装置上设有与通信连接板的第二端子相连的第二端口。

可选择地,通信连接板的第一端子与第二端子之间通过数据线连接。

优选地,进风风机邻近机壳的后背板设置于上风室内部、出风风机邻近机壳的后背板设置于下风室的内部。

可选择地,机壳的后背板上与进风风机和出风风机相对应的区域分别设有若干通风孔。

可选择地,中心处理单元进一步包括设置于机壳的底部各角的滚轮。

可选择地,中心处理单元进一步包括设置于机壳正面的控制面板,控制面板上设置有启动按键、关机按键以及散热按键。

可选择地,中心处理单元进一步包括设置于机壳的前面板上进一步安装有用于供人员观察图像和选择控制的触摸式液晶显示屏。显示屏用于显示机壳内部温度、系统正常运行信息以及系统故障报警信息。

可选择地,图像格式转化装置将特定肝脏的不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像转换成BMP格式的肝脏CT图像。

可选择地,三维图像处理装置基于特定肝脏的BMP格式的肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像。

可选择地,数据存储装置依照特定肝脏的来源信息分类存储来自VTK三维图像处理装置的特定肝脏三维图像。

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,特定肝脏的来源信息还可以进一步包含: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,图像采集装置采集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200~400张,优选280张~380张。

可选择地,图像采集装置采集的取自不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像可以由肝动脉、门静脉及平衡期中的任意一期或几期扫描得到。

可选择地,图像采集装置采集的肝脏数据图像可以为18排、32排、64排、128排或320排的肝动脉、门静脉及平衡期DICOM格式的肝脏CT图像,优选为64排或128排的DICOM格式的肝脏CT图像。

本实用新型的有益效果是:(1)、该系统的图像格式转化装置将来自图像采集装置的肝脏CT图像转化为BMP格式的肝脏CT图像后再重建,节省处理时间、能够高效完成肝脏三维重建,适用于一次性处理大量肝脏CT图像;(2)、该系统结构简单、移动灵活、便于修理、对使用环境没有特殊限制,适合广泛普及;(3)、该系统的中心处理单元中进风风机和出风风机同时启动能够加速机壳内空气流通、散出机壳内部的热量以保证系统运行状态良好;(4)、中心处理单元上设置有液晶显示屏,能够对系统运行情况进行实时监测。

附图说明

图1示出了本实用新型的肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备的构造示意图。

图2示出了本实用新型的中心处理单元的内部构造示意图。

具体实施方式

请参照图1-2,本实用新型提供一种肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备,包括:中心处理单元100、通过数据线(未标号)与中心处理单元100连接的图像采集装置200、以及通过数据线与中心处理单元100连接的数据存储装置300。

其中,中心处理单元100进一步包括机壳110以及设置于机壳110内并将机壳110内部分隔为四个安置空间的三个支架120。四个安置空间由上而下依次设置为用于安装进风风机135的上风室130、用于安装图像格式转化装置145的图像转化室140、用于安装三维图像处理装置155的图像处理室150、以及用于安装出风风机165的下风室160。其中,图像格式转化装置145与三维图像处理装置155通过数据线相连,图像采集装置200通过数据线与中心处理单元100的图像格式转化装置145相连,数据存储装置300通过数据线与中心处理单元100的三维图像处理装置155相连。

中心处理单元100的机壳110的后背板111朝向机壳内侧的一面设有通信连接板500,通信连接板500上纵向间隔设有第一端子530和第二端子560。

图像格式转化装置145上设有与通信连接板500的第一端子530相连的第一端口(未标号),三维图像处理装置155上设有与通信连接板500的第二端子560相连的第二端口(未标号)。通信连接板500的第一端子530与第二端子560之间通过数据线连接。

作为一种可替代实施方式一,肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备的进风风机135邻近机壳110的后背板111设置于上风室130内部,出风风机165邻近机壳110的后背板111设置于下风室160的内部。

作为一种可替代实施方式二,肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备的机壳110的后背板111上与进风风机135和出风风机165相对应的区域分别设有若干通风孔1115。

作为一种可替代实施方式三,中心处理单元100进一步包括设置于机壳的底部各角的滚轮。

作为一种可替代实施方式四,中心处理单元100进一步包括设置于机壳110正面的控制面板(图未示),控制面板上设置有启动按键、关机按键以及散热按键。

作为一种可替代实施方式五,中心处理单元100进一步包括设置于机壳110的前面板(未标号)上用于供人员观察图像和选择控制的触摸式液晶显示屏(图未示)。显示屏用于显示中心处理单元100内部温度、系统正常运行信息以及系统故障报警信息等。

作为一种非限制性具体应用示例,提供一种肝脏DICOM医学图像三维数据处理设备,包括:用于得到来自特定肝脏的不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像的数据接收装置、将特定肝脏的不同截面的DICOM格式的肝脏CT图像转换成BMP格式的肝脏CT图像的图像读取装置、基于特定肝脏的BMP格式的肝脏CT图像生成特定肝脏三维图像的VTK三维图像处理装置、以及用于依照特定肝脏的来源信息分类存储来自VTK三维图像处理装置的特定肝脏三维图像的肝脏信息数据库单元。其中,VTK三维图像处理装置包括依次设置的图像预处理子装置、肝脏提取子装置以及图像绘制子装置,图像预处理子装置读取系列BMP格式的肝脏CT图像并依次对每幅肝脏CT图像进行图像平滑及图像增强处理,肝脏提取子装置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,图像绘制子装置根据由每幅肝脏CT图像获得的肝脏轮廓线对肝脏进行表面重建,得到特定肝脏三维图像。

其中,图像预处理子装置中进一步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。

肝脏提取子装置进一步包括依次设置的: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装置输出的每幅肝脏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。

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。

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。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。

图像绘制子装置中进一步包括依次设置的轮廓匹配单元以及MC重建单元。其中,轮廓匹配单元设定等值面的值,提取出目标轮廓,通过计算肝脏提取子装置的边界跟踪单元得到的肝脏轮廓的面积,在分别由至少三幅肝脏CT图像确定的至少三个不同截面肝脏轮廓内寻找不同截面肝脏轮廓之间的顺序关系并匹配。MC重建单元第一次读取两张初始的肝脏轮廓,以后每次读入一张相邻的切片,每张切片上的像素点中相邻的四个和对应的下一张切片的四个像素点构成一个立方体,该立方体 称为一个体素,然后从左到右、从前至后顺序依次处理一层中的全部相邻立方体,判别边界体素,抽取等值面,然后处理完一层后转到第一步继续读入下一张切片,处理完所有的切片后提取等值面,算法结束,得到特定肝脏三维图像。

其中,在轮廓拼接处理单元中用三角面片法进行重建的至少三个不同截面肝脏轮廓之间的表面的区域为匹配好的轮廓特征点划分的区域,采用三次B样条函数插值连续数据点,用三次样条插值函数来近似表示每个数据点处的曲线表示,然后计算数据点的曲率,进而用曲率方式提取特征点。将特征点进行配对,保证配对不交叉。匹配好的特征点将轮廓线分成多个曲线段对,轮廓线之间的区域被分割成多个小的区域,在每个小区域中就按分割方法进行三角划分。

其中,VTK三维图像处理装置中根据MC算法抽取特定肝脏的BMP格式的肝脏CT图像的等值面实现特定肝脏的三维重建。MC重建单元采用MC算法时从每一个体素获取它内部的等值面如下:每一个体素具有八个顶点,这八个顶点的灰度值是可以直接根据输入切片的像素值获得的,要抽取的等值面的阈值也需要用户在计算之前事先给定。在这八个顶点中,我们将灰度值大于给定的阈值的顶点标记为黑色,而灰度值小于阈值的顶点不标记。

该系统进一步包括用于动态演示特定肝脏三维图像的动态演示装置,动态演示装置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。

此外,该系统处理肝脏CT图像的三维重建方案还可以选择体绘制进行CT图像三维重建。

其中,数据接收装置与图像读取装置之间通过有线通信或无线通信连接,图像读取装置与VTK三维图像处理装置之间通过有线通信或无线通信连接,VTK三维图像处理装置与肝脏信息数据库单元之间通过有线通信或无线通信连接。比如,数据接收装置与图像读取装置之间通过互联网连接,图像读取装置与VTK三维图像处理装置之间通过数据 线连接,VTK三维图像处理装置与肝脏信息数据库单元之间通过数据线连接。

该系统进一步包括与肝脏信息数据库单元通过有线通信或无线通信连接的动态演示装置,动态演示装置包括依次设置的交互显示单元以及开窗单元。

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。

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