[发明专利]一种引导式虚拟内窥镜导航方法

摘要

本发明公开了一种引导式虚拟内窥镜导航方法。该方法首先将断层图像分割成待检查被测腔体体素和背景体素，然后采用快速3D距离变换计算每个被测腔体体素到最近背景体素的距离，计算距离梯度作为内在拉力，最后将虚拟摄像机拖拽至接近被测腔体的中心位置。在内在拉力作用下，引导摄像机既能沿着接近指定方向前进，又可以尽可能远离被测腔体内壁，从而达到快速、自动浏览待检查被测腔体，同时尽可能观察到被测腔体所有内壁，视野清晰、开阔。该方法不需要预先提取待检查被测腔体的中心线，从而避免了中心线提取过程中的拓扑结构、噪声干扰等难题。

主权项

一种引导式虚拟内窥镜导航方法，其特征在于：将断层图像分割成被测腔体体素和背景体素，用快速3D距离变换计算每个被测腔体体素到最近背景体素的距离；随后利用距离梯度方向和距离值引入虚拟拉力，进行导航方向的校正，修正虚拟摄像机当前的运动方向，使得摄像机尽量远离被测腔体内壁，从而使摄像机接近中心线；在校正导航方向的过程中，为实现自动导航和获得光滑的导航路径，预先计算导航轨迹控制点，边计算边前进；设被测腔体体素集合为F，背景集合为B，采用快速3D距离变换，计算每个体素v(x,y,z)到背景体素B的最近距离：D(x,y,z)=min(xb,yb,zb)∈B(x-xb)2+(y-yb)2+(z-zb)2---(1)]]>当v(x,y,z)∈B时，D(x,y,z)＝0；然后，计算每个体素的3D距离梯度：G(x,y,z)=∂D∂xi+∂D∂yj+∂D∂zk---(2)]]>根据距离值D及距离梯度方向G，修正虚拟摄像机当前的运动方向V，使得虚拟摄像机朝着距离最大方向运动；首先计算当前位置P0处的距离梯度方向G，并把当前的运动方向V投影到当前切平面，得到归一化的切线方向T；最后，根据该归一化的切线方向T，采用公式(3)修正摄像机的运动方向，从而得到修正后的虚拟摄像机运动方向V’：v′＝αT+(1‑α)G   (3)V′=V′||V′||---(4)]]>其中，权重α＝f(D)，公式(4)是对修正后的运动方向向量归一化；系数函数f(D)是单调递增函数，即α∝D，同时要求0≤α≤1；其中，f(D)定义如下基于高斯的单调递增函数：f(D)=1-e-D22σ2---(5).]]>