空腔性脏器内壁快速体绘制方法

摘要

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的空腔性脏器内壁快速体绘制方法。首先对医学原始图像进行分割，得到脏器的空腔部分的二值化体数据，接着对这一体数据进行三维形态学膨胀运算，然后将膨胀后的二值化体数据与原二值化体数据进行异或操作，得到脏器壁二值化体数据，再利用这一数据在医学原始图像中找出所有前景体素，最后对这些前景体素进行体绘制。本发明较现有技术的改进在于在体绘制时去掉了所有离内壁较远的体素，可以大大减少体绘制的计算量，提高体绘制的速度，并且能保持空腔性脏器内壁的原始形态结构，保证体绘制效果的真实性。

权利要求

1、一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征在于，首先对医学原始图 像进行分割，得到脏器的空腔部分的二值化体数据，接着对这一体数据进行三维 形态学膨胀运算，然后利用膨胀后的二值化体数据与原二值化体数据，得到脏器 壁二值化体数据，再利用这一数据在医学原始图像中找出所有前景体素，最后对 这些前景体素进行体绘制；

所述的利用膨胀后的二值化体数据与原二值化体数据，得到脏器壁二值化体 数据，是指对原空腔的二值化体数据中的每个体素值与膨胀后的二值化体数据中 的每个体素值分别进行异或运算，从而得到一个新的二值化体数据。

2、根据权利要求1所述的一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征是， 所述的医学原始图像，是指利用医学成像手段，所获得的包含待可视化重建的空 腔性脏器的医学图像。

3、根据权利要求1所述的一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征是， 所述的进行分割，得到脏器的空腔部分的二值化体数据，是指，对医学原始图像 采用图像分割的方法，得到空腔部分的体素，然后重新建立一个二值化体数据， 使得其在空腔内部的值为1，外部的值都为0。

4、根据权利要求1所述的一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征是， 所述的对这一体数据进行三维形态学膨胀运算，是指，对刚刚得到的脏器空腔部 分的二值化体数据进行三维数学形态学膨胀运算，得到一个新的膨胀后的二值化 体数据。

5、根据权利要求1所述的一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征是， 所述的利用这一数据在医学原始图像中找出所有的前景体素，是指，利用前面得 到的脏器壁二值化体数据，给出其中每一个值为1的体素的坐标，然后在医学原 始数据中找出所有这些坐标上的点，作为前景体素，并将其余点都看作背景体素， 值置为零。

6、根据权利要求1所述的一种空腔性脏器内壁快速体绘制方法，其特征是， 所述的对这些前景体素进行体绘制，是指，不考虑所有值为零的体素，只考虑前 述所得到的前景体素，进行体绘制。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法，具体涉及一种空腔性脏器内 壁快速体绘制方法。

技术背景

目前，利用CT、MRI等医学成像数据，对空腔性脏器内壁进行三维可视化 重建主要采用的是虚拟内窥镜技术。这一技术将视角置于脏器内部的空腔内，然 后以内部的视角对脏器的内壁进行观察，从而模拟传统光学内窥镜的观察效果。 在目前的虚拟内窥镜技术中，对脏器内壁进行重建主要有面绘制和体绘制两种方 法。面绘制是基于对分割后的空腔体数据等值面的抽取，只对内壁的表面进行重 建，故效果不够真实。体绘制无须经过数据分割，是将视点放在空腔内部，直接 对所有体数据进行绘制，这样效果更为真实，然而重建的速度较慢，对每一帧图 像的计算时间一般会达到秒级，无法实现实时漫游体绘制。

经对现有技术的文献检索发现，耿国华等在《计算机应用》(2002年第22卷 第11期，第54-55页)上发表的“交互式实时虚拟内窥镜系统中的关键技术”中 提出了一种基于动态精简来提高体绘制速度的方法。采用这种方法，每次进行体 绘制时只需对一个四棱锥内的数据进行绘制而无需考虑其它体素。其不足之处在 于，这种方法对空腔性脏器内壁进行体绘制时，仍然会有很多离开内壁表面有一 定距离的体素被考虑进行了绘制运算。但是，这些体素对当前视角所观察到的图 像没有任何影响，在微机平台对256×256×69规模的数据作整体绘制仍需1秒 左右，从而影响了体绘制的速度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有虚拟内窥镜技术中体绘制速度上的不足，提出一 种空腔性脏器内壁快速体绘制方法。本发明利用三维形态学膨胀运算，来最大限 度地减少体绘制时所需计算的体素，但同时又不影响体绘制效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先对医学原始图像进行分割， 得到脏器的空腔部分的二值化体数据，接着对这一体数据进行三维形态学膨胀运 算，然后利用膨胀后的二值化体数据与原二值化体数据，得到脏器壁二值化体数 据，再利用这一数据在医学原始图像中找出所有前景体素，最后对这些前景体素 进行体绘制。
所述的医学原始图像，是指利用CT、MRI等医学成像手段，所获得的包含 待可视化重建的空腔性脏器的医学图像。
所述的进行分割，得到脏器的空腔部分的二值化体数据，是指，对医学原始 图像采用图像分割的方法，得到空腔部分的体素，然后重新建立一个二值化体数 据，使得其在空腔内部的值为1，外部的值都为0。
所述的对这一体数据进行三维形态学膨胀运算，是指，对刚刚得到的脏器空 腔部分的二值化体数据进行三维数学形态学膨胀运算，得到一个新的膨胀后的二 值化体数据。
所述的利用膨胀后的二值化体数据与原二值化体数据，得到脏器壁二值化体 数据，是指对原空腔的二值化体数据中的每个体素值与膨胀后的二值化体数据中 的每个体素值分别进行异或运算，从而得到一个新的二值化体数据。在这个体数 据中，只在膨胀运算对空腔扩大的部分的体素值为1，其余都为0，故可称之为 脏器壁二值化体数据。
所述的利用这一数据在医学原始图像中找出所有的前景体素，是指，利用前 面得到的脏器壁二值化体数据，给出其中每一个值为1的体素的坐标，然后在医 学原始数据中找出所有这些坐标上的点，作为前景体素，并将其余点都看作背景 体素，值置为零。
所述的对这些前景体素进行体绘制，是指，不考虑所有值为零的体素，只考 虑前述所得到的前景体素，进行体绘制。体绘制的过程中，仍可以进一步加入动 态精简等加速的方法。
本发明相对于现有技术的优势在于：可以在不影响内壁绘制效果，保持其真 实性准确性的前提下，排除离内壁距离相差超过所预设数值的体素，使得体绘制 的计算量可以减少到普通体绘制方法的十分之一或更多，从而加快体绘制的速度 达十倍以上。

附图说明

图1空腔形态学膨胀示意图
图2空腔体数据与膨胀后体数据异或示意图
图3体绘制示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
本实施例具体步骤如下：
(1)从医学原始图像中分割出空腔二值化体数据。
(2)对空腔二值化体数据进行形态学膨胀运算。
(3)将膨胀后的体数据与原空腔体数据进行异或运算，得到脏器壁体数据。
(4)在医学原始图像中找出所对应的体素，并将其作为前景，其余点均作 为背景置零，不予考虑。
(5)对前景体素进行体绘制。
该实施例采用人体下腹部CT扫描断层数据，要对结肠内壁进行内窥体绘制。 整个实施例的实现过程如下：
1.读入人体下腹部CT扫描断层数据，利用区域生长法分割出结肠内部空腔， 并令空腔内的体素值为1，其余为0。
2.对结肠空腔数据进行形态学膨胀运算。膨胀的结构元素为球体，球体半 径的选取跟所需体绘制效果的精度有关。半径选得越大，体绘制的精度越高，计 算量也越大；半径选得越小，体绘制的精度降低，计算量也随之降低。在本实施 例中，半径先取为10个体素。膨胀效果的示意图如图1所示。经过膨胀运算， 结肠空腔的外缘得到扩大。
3.将膨胀后的体数据同原空腔二值化体数据进行异或运算，得到一个新的 结肠壁二值化体数据。图2是这一步骤的示意图。经过这一步操作，结肠空腔内 部全都变成零，只有结肠壁部分数据得到保留。
4.对结肠壁二值化体数据，给出其中每一个值为1的体素的坐标，然后在 原始CT断层数据中找出所有这些坐标上的点，作为前景体素，并将其余点都看 作背景体素，值置为零。
5.不考虑所有背景体素，只对前景体素进行体绘制计算。体绘制的示意图 如图3所示。体绘制的视角置于空腔内部，体绘制区域仅为阴影部分即结肠壁的 数据。
这样的实施方式，在体绘制时去掉了所有离内壁较远，超过10个体素的数 据，这样可以大大减少体绘制的计算量。跟考虑一定区域内的全部空腔外部体素 相比，计算量减少到原来的二十分之一左右，体绘制的速度提高为原来的二十倍， 并且最后的绘制效果能保持空腔性脏器内壁的原始形态结构，保证真实性。