專利名稱：醫(yī)學圖像三視圖獲取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術領域的方法，具體是一種醫(yī)學圖像三視圖獲
取方法。
背景技術：
在目前的影像醫(yī)療診斷中，醫(yī)生主要是過觀察一組CT(電子計算機X射線斷層 掃描技術)、MRI(核磁共振成像)的二維切片圖像發(fā)現(xiàn)病變，但這只能依賴于醫(yī)生豐富 的讀片經(jīng)驗。利用醫(yī)學可視化技術從一系列連續(xù)的二維切片重建出三維人體器官，可以 真實再現(xiàn)物體的本來面貌，輔助醫(yī)務人員對病變體或感興趣的區(qū)域進行定量直至定性分 析，從而可以大大提高醫(yī)療診斷的準確性。 利用計算機圖像處理技術，由斷層圖像序列獲取其它方向的虛擬切片(如橫截 面、冠狀面視圖和矢狀面視圖)，則可幫助醫(yī)生從多個方位對病變組織進行觀察、診治， 從而提高診斷的準確性，最大程度地再利用了圖像信息。因此人體器官或病灶的三維重 建和多個方向虛擬切片的獲取在學術和應用上都有重要意義。 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，楊志強于2006年發(fā)表于山東師范大學學報上的論 文《任意方位CT切片的獲取方法》實現(xiàn)了三維體數(shù)據(jù)內CT切片的繪制顯示，并通過平 移、旋轉變換實現(xiàn)了其它方向、位置處CT切片的獲取，但是對于醫(yī)療診斷最重要標準三 視圖沒有給出直接有效的獲取方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，降 低三維圖像的三角形數(shù)量，以降低圖像繪制時間和內存占有量，同時最大程度地利用了 圖像信息。 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟 第一步、首先獲得CT醫(yī)學圖像并對醫(yī)學圖像三維重建得到三維立體圖像； 所述的三維立體圖像采用三維三角片網(wǎng)格表示； 所述三維重建具體為 l.l)每次讀取兩張經(jīng)過量化灰度的CT醫(yī)學圖像，作為CT層，每一張CT醫(yī)學圖 像中的每一個圓點表示每一個CT層的一個像素點，由相鄰CT層上的各4個像素組成立 方體的8個頂點； 1.2)對每一個立方體的8個頂點按閾值進行分類當該像素點的值小于閾值，則 該點在等值面外，將該像素點的值標記為黑，否則，該點在等值面內則不修改該像素點 的值； 1.3)判斷等值面與立方體是否相交當?shù)戎得媾c立方體相交時，交點連成三角 片面，然后將等值面采用三角片面近似表示； 1.4)重復步驟1.2餓步驟1.3，按從左到右，從前到后依次處理每個CT層中的立方體，最終得到等值面。
所述的CT醫(yī)學圖像為12位灰度圖象；
所述的等值面是指采用三維三角片網(wǎng)格表示的具有相同灰度值的平面。
第二步、讀入三維立體圖像，通過三角片簡化技術降低三維圖像的三角片數(shù)量，得到三維重建圖像，以降低圖像繪制時間和內存占有量；
所述的三角片簡化技術是指將三角片網(wǎng)格的每一個頂點依次插入優(yōu)先隊列。
所述的優(yōu)先隊列中的優(yōu)先權取決于刪除該頂點再形成新三角片網(wǎng)格所引起的誤差，按所引起的誤差值由大到小排列，當誤差大于誤差閡值時保存該誤差所對應的頂點，否則則刪除相應誤差大于誤差閡值的頂點。
第三步、通過三維重建圖像中的一個任意點的三維坐標計算該點的三視圖法向量和三視圖位置坐標，然后通過轉換矩陣處理獲得通過該任意點的橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，具體步驟如下
3．1)對于橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖中的每一個面都可以通過面上的點以及面的法向量確定；
3．2)任意方位的切面的變換矩陣如下<formula>formula see original document page 5</formula>
其中原始齊次坐標系統(tǒng)為(x，y，z，1)，切面坐標為(x’，y’，z’，1)，第一列(n。，。，n。，，，n。，)表示x’軸在原坐標系統(tǒng)的方向，第二列(nv，。，n，，，，n，，)表示y’軸在原坐標系統(tǒng)的方向，第三列是切面的矢量，是前兩列的矢量積，第四列(t。，t、，，t，)是切面經(jīng)過的點坐標。
3．3)橫斷面視圖Ta、冠狀面視圖Tc和矢狀面視圖Ts的變換矩陣如下所示<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>其中(t。，tv，t7)是切面經(jīng)過的點坐標。
第四步、采用三線性插值法獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖上各個點的灰度值分別獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，具體步驟如下
4.1)將橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖上每一點作為插值點，通過三視圖法向量和三視圖位置坐標得到插值點坐標。 4.2)取得插值點最近的8個點構成一個立方體，通過計算該立方體8個頂點的灰度值的加權平均值來獲得插值處的灰度值。 4.3)將顯示界面分成四部分，分別顯示三維重建圖像、橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，其中橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖相交的點的坐標為A，、，g，該點的坐標通過鼠標單擊三維重建圖像獲取。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中降低三維圖像的三角形數(shù)量，以降低圖像繪制時間和內存占有量，提高交互性。另一方面，由斷層圖像序列獲取三個標準方向視圖(橫截面、冠狀面視圖和矢狀面視圖)，則可幫助醫(yī)生從多個方位對病變組織進行觀察、診治，從而提高診斷的準確性，最大程度地再利用了圖像信息。


圖1為實施例相鄰切面圖。 圖2為立方體的8個頂點按閾值進行分類示意圖。 其中圖2a為立方體與等值面示意圖；圖2b為等值面外頂點示意圖。 圖3為采用三角片片面近似等值面示意圖。 圖4為實施例冠狀面視圖獲取示意圖； 其中x'表示冠狀面視圖的水平軸，y'表示冠狀面視圖的垂直軸，z'為冠
狀面視圖法向量，(tx， 、， g是切面經(jīng)過的某一點的坐標。 圖5為實施例三維重建圖； 其中(a)為頸椎重建，(b)為頸椎重建俯視圖。 圖6為為三角片網(wǎng)格簡化后重建圖像。 圖7為實施例三視圖； 其中(a)、 (b)、 (C)分別為橫截面、冠狀面視圖和矢狀面視圖。 圖8為實施例三維重建和三視圖最終結果。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
本實施例的具體實施過程如下 l.首先對病人進行頸部CT掃描，獲得頸部CT圖片。該圖片為DICOM格式，
12位灰度圖像，圖片像素點為512*512。 所述的DICOM為數(shù)字影像和通信標準。 2.對采集的醫(yī)學圖像進行三維重建 2.1)每次讀取兩張切片，形成一層，如圖1所示，每一個圓點表示切片的一個像
6素點，由相鄰層上的各4個像素組成立方體的8個頂點； 2.2)對每一個立方體的8個頂點按閾值進行分類如圖2所示，如果頂點灰度值小于閾值，則該點在等值面外，標記為黑，否則，該點在等值面內，不標記；
2.3)如果等值面與立方體相交，這些交點可連成三角片面，如圖3所示的淺灰色部分，將深色的等值面采用淺灰色的三角片面近似表示； 2.4)按從左到右，從前到后依次處理每一層中的立方體，再依次處理每一層，最終得到等值面。 3.由于重建算法采用三角片面表示，而上一步產生大量三角片，本實施例會產生超過20萬個三角片，所以要對三角片網(wǎng)格進行簡化。具體步驟為首先讀入重建的三維三角片網(wǎng)格，即前面所述的等值面，再設置簡化比例，同時還需保持重建物體基本拓撲結構不變，通過三角片簡化技術降低三維圖像的三角形數(shù)量，以降低圖像繪制時間和內存占有量； 4.獲取三視圖方位標準三視圖包括橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖。通過3個轉換矩陣可以獲得過任意點的三個標準方向視圖。 任意方位的切面的變換矩陣如公式3所示。設原始齊次坐標系統(tǒng)為(x， y， z，
1)，切面坐標為(x' ， y'，x'軸在原坐標系統(tǒng)的方向,向。第三列是切面的矢量，標。r =
z， ， 1)。
如公式3所示，第一列(iVx， nx， y， rvJ表示
第二列(ny， x是前兩列的矢3
ny' y， ny' J表示y't積。第四列(、，V
軸在原坐標系統(tǒng)的方g是切面經(jīng)過的點坐
、
1》'PI r、 vw『
&， ，",，
0001
(3》 橫斷面視圖(Ta)、冠狀面視圖(Tc)和矢狀面視圖(Ts)的變換矩陣如下所示。其中冠狀面視圖(Tc)變換矩陣可參照圖4。因為冠狀面視圖必穿過(、二0， 、， t,二O)的點，所以第四列為(O， 、， 0)。 t=
1000
0100
001
000i
100
001
0-100
0001
(4〕
(5〕
7<formula>formula see original document page 8</formula> 5.由于上一步獲取的三視圖上的點可能沒有對應灰度值，所以采用三線性插值法獲得三視圖上各個點的灰度值。 插值方式有最臨近插值法，線性插值法等。本實施例采用三線性插值法，通過計算立方體8個頂點的加權平均值來獲得插值處的灰度值，它比最臨近插值法運行時間稍長，但效果要好于最鄰近插值法。立方體內采樣點(tx， 、， g的數(shù)值Vt的值按下式計
算 Vt = V0 +V0 +V101tx(l-gtz+V110txty(l-tz)+Vmtxtytz (5) 其中V。。。， V。Q1， ， Vm為立方體頂點的值。 6.繪制三視圖把顯示界面分成四部分，其中一部分用來顯示三維重建圖像，另外三部分分別用來繪制橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，橫斷面視圖、冠狀面
視圖和矢狀面視圖的都經(jīng)過點(tx， v g，點的坐標通過鼠標單擊三維重建圖像獲取。
權利要求
一種醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、首先獲得CT醫(yī)學圖像并對醫(yī)學圖像三維重建得到三維立體圖像；第二步、讀入三維立體圖像，通過三角片簡化技術降低三維圖像的三角片數(shù)量，得到三維重建圖像，以降低圖像繪制時間和內存占有量；第三步、通過三維重建圖像中的一個任意點的三維坐標計算該點的三視圖法向量和三視圖位置坐標，然后通過轉換矩陣處理獲得通過該任意點的橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖；第四步、采用三線性插值法獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖上各個點的灰度值分別獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖。
2. 根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，第一步中所述三維重 建具體為1.1) 每次讀取兩張經(jīng)過量化灰度的CT醫(yī)學圖像，作為CT層，每一張CT醫(yī)學圖像中 的每一個圓點表示每一個CT層的一個像素點，由相鄰CT層上的各4個像素組成立方體 的8個頂點；1.2) 對每一個立方體的8個頂點按閾值進行分類當該像素點的值小于閾值，則該 點在等值面外，將該像素點的值標記為黑，否則，該點在等值面內則不修改該像素點的 值；1.3) 判斷等值面與立方體是否相交當?shù)戎得媾c立方體相交時，交點連成三角片 面，然后將等值面采用三角片面近似表示；1.4) 重復步驟1.2餓步驟1.3，按從左到右，從前到后依次處理每個CT層中的立方 體，最終得到等值面。
3. 根據(jù)權利要求2所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，所述的等值面是指 采用三維三角片網(wǎng)格表示的具有相同灰度值的平面。
4. 根據(jù)權利要求2所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，第二步中所述的三角片簡化技術是指將三角片網(wǎng)格的每一個頂點依次插入優(yōu)先隊列。
5. 根據(jù)權利要求4所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，所述的優(yōu)先隊列中的 優(yōu)先權取決于刪除該頂點再形成新三角片網(wǎng)格所引起的誤差，按所引起的誤差值由大到 小排列，當誤差大于誤差閾值時保存該誤差所對應的頂點，否則則刪除相應誤差大于誤 差閾值的頂點。
6. 根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，第三步中所述的橫斷 面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，獲得通過三維重建圖像中的一個任意點的橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖的方法為3.1) 對于橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖中的每一個面都可以通過面上的點以 及面的法向量確定；3.2) 任意方位的切面的變換矩陣如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中原始齊次坐標系統(tǒng)為(x， y， z， 1)，切面坐標為(x' ， y' ， z' ， 1)，第一列 表示x'軸在原坐標系統(tǒng)的方向，第二列(ny， x， ny， y， ny， z)表示y'軸在原坐標系統(tǒng)的方向，第三列是切面的矢量，是前兩列的矢量積，第四列(、，、，g是切面經(jīng)過的點坐標。`3.3)橫斷面視圖Ta、冠狀面視圖Tc和矢狀面視圖Ts的變換矩陣如下所示<formula>formula see original document page 3</formula>(2)(3〕(4)其中(tx， 、， g是切面經(jīng)過的點坐標。
7.根據(jù)權利要求1所述的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，其特征是，所述的第四步的方法為`4.1) 將橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖上每一點作為插值點，通過三視圖法向 量和三視圖位置坐標得到插值點坐標；`4.2) 取得插值點最近的8個點構成一個立方體，通過計算該立方體8個頂點的灰度值 的加權平均值來獲得插值處的灰度值；`4.3) 將顯示界面分成四部分，分別顯示三維重建圖像、橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖，其中橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖相交的點的坐標為(、，、，g，該點的坐標通過鼠標單擊三維重建圖像獲取。
全文摘要
一種圖像處理技術領域的醫(yī)學圖像三視圖獲取方法，包括首先獲得CT醫(yī)學圖像并對醫(yī)學圖像三維重建得到三維立體圖像；讀入三維立體圖像，通過三角片簡化技術降低三維圖像的三角片數(shù)量，得到三維重建圖像，以降低圖像繪制時間和內存占有量；通過三維重建圖像中的一個任意點的三維坐標計算該點的三視圖法向量和三視圖位置坐標，然后通過轉換矩陣處理獲得通過該任意點的橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖采用三線性插值法獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖上各個點的灰度值分別獲得橫斷面視圖、冠狀面視圖和矢狀面視圖。本發(fā)明中降低三維圖像的三角形數(shù)量，以降低圖像繪制時間和內存占有量，提高交互性。
文檔編號G06T11/00GK101692286SQ20091030699
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權日2009年9月15日
發(fā)明者劉允才, 王宸昊, 馬文娟, 黃茂祥 申請人:上海交通大學