[发明专利]虚拟结肠镜的混合组织图像全自动分割方法

说明书

技术领域：

本发明属于医学图像处理及计算机可视化领域，特别是针对虚拟结肠内镜的前期分割方法。

背景技术：

医用数字内镜也叫虚拟结肠镜(Virtual Colonoscopy)，它是随着医学影像设备及图形图像处理技术的发展而产生的一种新的结肠疾患检查技术。该技术由于具有肠道准备简单、检查无创舒适、发展前景广阔等特点得到了人们的广泛关注。它的原理是通过获得病人相应部位的CT(计算机断层成像)系列扫描图像，利用先进的图像处理及可视化技术从这些图像中直接生成管腔内部的立体影像，供医生检查整个腔内如息肉、腺瘤及其他异常形态学改变。近十年来这一技术在病人准备过程、数据获取及解释、图像显示等方面取得了很大进展，由于该方法的无创、快速和操作过程标准等特点，更适用于体检及肿瘤的早期发现，因而在临床上有望作为光学内镜的补充，成为临床的有效普查手段。一般说整个虚拟结肠镜的处理过程一般包含以下三个大的步骤：

1.数据输入

2.预处理

3.三维重建

来自CT的二维DICOM图像数据被重建为三维图像之前，要对数据进行预处理形成体数据，然后进行分割查找出结肠组织。在整个预处理的过程中，进行精确的分割处理是最重要的一个步骤，其效果直接影响后续步骤的效果直至最后三维重建和医生的诊断。实际上，在很多CT值对比比较明显的两种或者多种组织交界处，其边界上体素的CT值都是多种组织的混合效果，例如虚拟结肠内镜中，肠壁和内部空腔(空气)的交界处，肠壁和肠内残留物的交界处，大多都是肠壁软组织，空气，增强显影剂和粪便等各种组织混合的效果，这就是局部容积效应。

由于医学图像具有极其复杂的多样性，加上现有医学影像设备本身所带来的噪声，使得医学图像处理和分割非常困难。目前在医学图像分割方面还没有通用的理论和方法。

现有的结肠分割算法主要为手工分割或者半自动分割算法(K.H.Hohne andW.hanson，Interactive 3D segmentation of MRI and CT volumes usingmorphological operations，Journal of Computer Assisted Tomography，vol.16，no.2，pp.285-294，1992)。已报道的全自动分割算法的分割效果精确度不够理想，并且非常费时(C.L.Wyatt，Y.Ge，and D.J.Vining，Automaticsegmentation of the colon，Proc.SPIE Medical Imaging，1999)。其采用的分割算法大多数为传统的阈值分割算法和膨胀腐蚀算法(L.Hong，A.Kaufman，Y.Wei，A.Viswambharan，M.Wax，and Z.Liang，3D virtual colonoscopy，Proc.Symposium on Biomedical Visualization，pp.26-32，1995；L.Hong，S.Muraki，A.Kaufman，D.Bartz，and T.He，Virtual voyage：interactivenavigation in the human colon，Proc.SIGGRAPH’97，pp.27-34，1997)，这些传统方法的最大问题在于无法消除局部容积效应(Partial Volume Effect)的影响。

另外由于采用的方法的局限性，此外还有别的一些比较难以解决的问题：

例如在阈值分割法中分割结果对阈值太敏感，也就是说阈值一个微小的变化可能会导致输出的不同。然后进一步影响结肠内表面轮廓的变化。另外会造成混叠效应，在软组织和空气的交界处，会产生一个生硬的边界，从重建角度来讲，这样的效果不利于后续的体渲染步骤。从实际上讲，这种效果的出现是丢失粘膜层的表现，而消化科的临床医生都非常明白，结肠的粘膜层信息对于息肉的判定有着非常重要的作用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种虚拟结肠镜的混合组织图像全自动分割方法，克服了传统阈值分割方式带来的问题，消除局部容积效应的影响，使得分割结果更加符合实际情况。

本发明的主要原理就是考虑到在分割步骤中，边界位置由于局部容积效应的影响。本方法包括以下步骤：

1.选择合适的空气阈值和肠内残留液(由于增强剂而显示为高亮)阈值，利用传统的阈值法初步分割出肠内区域。

2.利用一个垂直滤波器消除空气和肠内残留液体之间的局部容积效应。

3.利用区域生长算法进行肠内分割。