[发明专利]基于基准面全局电场的虚拟外翻方法

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，具体涉及一种基于基准面全局电场的空腔结构虚拟外翻的方法。

背景技术

目前，利用CT、MRI等医学成像数据，对管道性脏器进行三维可视化重建及观察诊断主要有虚拟内窥和虚拟展平。前者模拟了传统光学内窥镜体在腔道内行进的过程，后者模拟了将管腔剪开展平的处理。这些技术的优势在于克服了传统光学内窥镜需把内窥镜体插入人体内的缺点。其不足在于：前者存在视角限制，后者将将三维结构映射到二维平面的过程，会对结肠内壁上的解剖结构带来形变，这些都会影响判断。

经对现有技术的文献检索发现，赵俊、曹立基于2006年5月18日申请的专利“空腔性脏器内壁虚拟外翻式三维外视化方法”(申请号：200610026664.0，公开号：CN1850005)中介绍了一种空腔性脏器内壁虚拟外翻式三维外视化方法，该方法通过将内壁表面的数据以镜像的方式外翻至基准面外侧的方法达到观察管道性脏器的整体解剖形态，增加视角的目的。其不足之处在于：出于准确性对效率的妥协，采用局部电场，即只采用位于当前待外翻空腔表面点附近的若干基准面点来形成电场，对于采样线相交导致的过采样和欠采样，只能减少，却不能完全消除。另外一个有待改进的地方是，即使采用局部电场，运算依然耗时，影响了该方法的推广和发展。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于基准面全局电场的虚拟外翻方法，建立基准面全局电场，对场中各点所受合力进行全局考量，从而保证了电场线在全局范围内不会相交，提高了外翻的准确性。

本发明是通过以下技术方法实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，进行数据分割，得到需要外翻的空腔二值图像。

第二步，生成空腔图像的外翻基准面。

第三步，根据空腔图像外翻基准面得到全局电场力分布，并采用快速傅立叶变换整体求解空间各点所受电场合力。

第四步，根据已得到的各点电场力方向，从空腔表面出发，沿所在电场线顺电场力向基准面步进，记录从空腔表面至基准面的步进数。

第五步，从基准面出发，至基准面后逆电场力步进相同步数，得到关于基准面镜像对称的对应外翻点。

第六步，令所有外翻后的点都沿电场线向内进行收缩，所有经调整后的外翻点即组成外翻空腔表面。

所述的生成空腔图像的外翻基准面，是指生成包裹于空腔外的光滑曲面，作用可形象理解为镜面，使内表面依据基准面对称得到外翻镜像。

若空腔具有天然的光滑外壁，则该外壁可视作基准面，如工业管道的外壁。

若空腔不具有天然的理想外壁，如人体肠道，则需要为外翻生成一个基准面。具体包括两步：首先，对空腔的二值化体数据进行三维形态学膨胀运算，消除表面显著的起伏变化；其次，对点与点之间的坐标进行微细调整，保持拓扑结构不变的同时，减小表面曲率，得到更光滑的基准面，所述调整是通过下式的不断迭代实现的。式中，为待调整的点，为与其相邻的其他点，λ为用户指定的参数，为调整后的点。