[发明专利]一种基于CT图像多平面重建的血管拉直曲面重组方法

说明书

一种基于CT图像多平面重建的血管拉直曲面重组方法，该重组方法包括设置控制点、样条插值、空间平移变换、生成采样曲面、数据采样和生成图像等步骤，该方法以CT或MRI体数据集的多平面重建为基础，通过样条插值、空间平移变换、生成采样曲面和数据采样能够将位于三维空间的血管图像等间距并以直线的形式显示在一个二维平面上，方便对血管的狭窄情况进行量化和对比，具有重要的临床意义，并获得可观的社会效益和经济效益。有助于观察血管直径的差异，在冠状动脉狭窄等疾病的CT图像诊断中具有重要的实际价值。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，具体的说是一种基于CT图像多平面重建的血管拉直曲面重组方法。

背景技术

在医学图像处理中，管状结构(如冠状动脉等)的评估是一个热门课题。CT或MRI产生的体数据集包括这些感兴趣的管状结构，同时也包括很多我们不感兴趣的对象。当前大部分3D医学图像可视化软件都提供了多平面重建方法，但大多情况下医生感兴趣的对象几乎不可能完全位于一个单一平面内，利用现有的可视化方法很难在一个平面视图内看到一条(段)完整的血管。为了观察这些对象，需要从数据集中提取它们的中轴，然后根据中轴检测过程中获得的高层次信息对数据集进行重采样和可视化。该过程称作曲面重组(CurvedPlanar Reformation,CPR)。

曲面重组的目的是使一个管状结构的整个长度显示在单一的一幅图像中。为了实现这一要求，需要知道关于管状结构尤其是关于其中轴的先验知识。一般情况下，中轴的空间位置和形状决定着将要对3D数据集中的哪一部分进行可视化。在三维空间中，仅仅靠一条曲线无法准确地定义曲面，因此需要引入一个额外的矢量，该矢量称作感兴趣矢量(Vector-of-interest)。在某些情况下，感兴趣矢量可以与x-y面平行，这样可以提高曲面重组的性能。

投影曲面重组(Projected CPR)是一种常用的曲面重组方法，它可以看做一个数据集仅考虑一个体素薄切片时的一个投影。由于是平行投影，所以该法保留了像素间的空间关系，这有助于观察者理解其空间分布，但具有高密度的结构(如骨骼等)会遮掩密度较低的感兴趣的结构(如血管)和不具有等距性质等缺点。拉伸曲面重组(Stretched CPR)是另一种曲面重组方法，它将弯曲的维度进行拉伸从而产生一个能够无遮挡显示整个管状结构的平面。该方法可以使管状结构的曲率基本保持不变，因此用户能够对其进行空间定位，但由于曲率的存在不利于对血管直径进行量化(比如冠状动脉狭窄的程度等)测量与对比。在保持等距特性的同时，消除重组曲面中轴的曲率是CT图像血管重组技术的一个关键和挑战。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于CT图像多平面重建的血管拉直曲面重组方法，该方法以CT或MRI体数据集的多平面重建为基础，通过样条插值、空间平移变换、生成采样曲面和数据采样能够将位于三维空间的血管图像等间距并以直线的形式显示在一个二维平面上，方便对血管的狭窄情况进行量化和对比，具有重要的临床意义，并获得可观的社会效益和经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种基于CT图像多平面重建的血管拉直曲面重组方法，该重组方法包括如下步骤：

步骤一、设置控制点：

由用户通过图形用户界面设置控制点；

步骤二、三次样条插值：

根据步骤一设置的控制点，得到通过每个控制点的参数三次插值样条曲线S的三次样条插值，并对三次样条插值进行拟合；

步骤三、空间平移变换：空间平移变换参数由用户通过图形用户界面设置，对参数曲线的几何系数矩阵B和代数系数矩阵A，进行平移变换；

步骤四、生成采样曲面：

对步骤二得到的参数三次插值样条曲线S在同一方向进行正反两次平移,假设平移量为ΔX，ΔY，ΔZ，平移后得到的两条参数样条曲线为S₁和S₂，这一过程表示如下：