[发明专利]一种肿瘤三维定位系统

权利要求书

1.一种肿瘤三维定位系统，其特征在于，包括图像存储模块、预处理模块、图像分割模块、三维重建模块、肿瘤信息获取模块、信息输出模块；

所述图像储存模块，用于存储人体肝部不同深度的二维CT图像以及标准肝部CT图像，得到肝部CT图像序列以及标准肝部CT图像序列；

所述预处理模块用于对所述肝部CT图像序列依次进行降噪、增强和二值化处理，得到肝部CT图像序列的灰度值矩阵；

所述图像分割模块通过将所述肝部CT图像序列的灰度值矩阵与所述标准肝部CT图像进行图像配准，得到所述肿瘤所在区域的灰度值矩阵；

将所述肝部CT图像序列记为X，将所述标准肝部CT图像记为Y，则所述图像分割模块通过以下步骤进行图像配准：

步骤(1)用形态学梯度滤波算法获取两组图像轮廓，并采用K-means聚类算法提取图像边缘特征点，得到形状特征点集X和Y；

步骤(2)初始化，Ρ_ij＝(N₁N₂)^-1，α＝α_min，λ＝λ₀，κ＝κ_min，T＝0；

其中，Ρ_ij为两组图像边缘特征点X_i和Y_j的联合概率密度，如式(1)所示：

P_ij(T)＝exp(-αD_ij(T)-λ) (1)

式中，α和λ为两个拉格朗日常数，作为辅助参数分别用于约束点匹配相似测度和概率总值，κ为一个权重参数，且κ＞0，用于调整互信息和距离测度之间的比重关系，D_ij(T)表示基于变换参数T，X_i和Y_j的的距离测度；

步骤(3)确定算法的搜索空间，ΔT＝(Δx，Δy，Δθ)，Δα，Δκ；

步骤(4)初始化由ΔT，Δα和Δκ构成梯度优化算法的5维向量x；

步骤(5)计算待配准图像的梯度损失函数值EMI，如式(2)和(3)所示：

步骤(6)根据式(4)最小化能量函数和式(5)目标函数的泰勒展开式更新x：

其中，f(x)、g(x)、H(x)满足式(6)和式(7)：

步骤(7)迭代结束条件通常为全局最优解小于最小允许误差，或达到一个预设最大代数G_max，如未达到该结束条件则返回步骤(5)；

步骤(8)达到迭代结束条件，配准完成；

所述三维重建模块，用于对肝部及肿瘤所在区域分别进行三维重建，得到肝部三维图像和肿瘤三维图像；

其中，所述三维重建模块对肝部进行三维重建的方法包括如下步骤：

S11.建立三维坐标系，将二维CT图像所在平面作为X轴和Y轴坐标平面，将二维CT图像的深度作为Z轴坐标；

S12.将肝部CT图像序列按肝部CT图像深度进行排列，并将第一张肝部CT图像的Z轴坐标记为0，则深度为D的肝部CT图像的Z轴坐标记为D；

S13.根据肝部CT图像序列的灰度值矩阵，确定深度为D的肝部CT图像的灰度值坐标集；

S14.通过插值法得到相邻两层肝部CT图像之间区域的灰度值坐标集；

S15.将所述肝部CT图像的灰度值坐标集和所述相邻两层肝部CT图像之间区域的灰度值坐标集转化为像素点，并按坐标集排列，即得到肝部三维图像；

其中，对第一张和最后一张CT图像采用线性插值形成新的断层CT图像，则新的断层CT图像的灰度值计算方法如式(8)所示：

f_c＝d*f(x_i,y_j,z_k)+(1-d)*f(x_i,y_j,z_k+1),k＝0或N-1 (8)

式中，f(x_i,y_j,z_k)和f(x_i,y_j,z_k+1)分别表示两个点为(x_i,y_j,z_k)和(x_i,y_j,z_k+1)的灰度值；

对其他位置的CT图像采用基于Z方向上的4个点的三次样条插值，其插值函数如式(9)所示：

式中，z表示已知像素点到插值点的距离；

其中，所述三维重建模块对肿瘤所在区域进行三维重建的方法包括如下步骤：

S21.建立三维坐标系，将二维CT图像所在平面作为X轴和Y轴坐标平面，将二维CT图像的深度作为Z轴坐标；

S22.将肝部CT图像序列按肝部CT图像深度进行排列，将第一张肝部CT图像的Z轴坐标记为0，则深度为D的肝部CT图像的Z轴坐标记为D；

S23.根据肿瘤所在区域的灰度值矩阵，确定深度为D的肿瘤所在区域的灰度值坐标集；

S24.通过插值法得到相邻两层肿瘤所在区域CT图像之间区域的灰度值坐标集；

S25.将所述瘤所在区域的灰度值坐标集和所述相邻两层肿瘤所在区域CT图像之间区域的灰度值坐标集转化为像素点，并按坐标集排列，即得到肿瘤三维图像；

所述肿瘤信息获取模块，用于根据所述肝部三维图像和肿瘤三维图像，获取肿瘤的方位信息；

所述信息输出模块，用于输出三维图像及肿瘤的方位信息。