面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，在图形处理器中进行以下步骤：步骤一、采集结肠部位的三维图像数据，并对所述图像数据进行图像预处理，得到结肠壁的拟合等值面曲面，在所述拟合等值面上选取体现结肠息肉特征的W个种子点；步骤二、逐步移动所述种子点并将移动后的种子点影到图像真实等值面上，并形成W条曲率线；步骤三、将每一条所述曲率线进行散播，生成曲率线集合；步骤四、在所述曲率线集合中筛选出体现结肠息肉形状特征的特征曲率线，并将所述特征曲率线绘制到所述拟合等值面上，以突显结肠息肉。本发明专利技术解决了现有技术中无法精确描述息肉的整体三维形状特征的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无创检测
，特别是一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法。
技术介绍
虚拟结肠镜是一种无创检测技术。但是，基于CT或MR图像的虚拟结肠镜检查十分耗时，这就要求使用计算机辅助检测系统对结肠图像数据进行预处理，以减少检查时间。现有的结肠数据预处理方法主要基于图像的标量曲率，只能反映极小区域内的三维形状，无法精确描述息肉的整体三维状特征。并且，标量曲率对数据中的噪声比较敏感，导致最终的检测结果假阳性率很高。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术中提出了一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，该方法使用基于曲率线的方法处理结肠息肉数据，能够对较大尺寸范围内的三维形状进行分析，对结肠息肉的形状特征的概括能力更强。同时，本专利技术描述的方法，还具有稳定性高、假阳性率低、自动化程度高和适于并行化处理等优点。本专利技术解决了现有技术中无法精确描述息肉的整体三维状特征的技术问题。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，包括：在图形处理器中进行以下步骤：步骤一、采集结肠部位的三维图像数据，并对所述图像数据进行图像预处理，得到结肠壁的拟合等值面曲面，在所述拟合等值面上选取体现结肠息肉特征的W个种子点；步骤二、逐步移动所述种子点并将移动后的种子点影到图像真实等值面上，连接种子点及其在图像真实等值面上的投影点形成W条曲率线；步骤三、将每一条所述曲率线进行散播，生成曲率线集合；步骤四、在所述曲率线集合中筛选出体现结肠息肉形状特征的特征曲率线，并将所述特征曲率线绘制到所述拟合等值面上，以突显结肠息肉。优选的，所述步骤一中，图形处理器读入结肠部位的CT三维图像f，分割出结肠壁图像，使用Marching Cubes算法计算生成分布结肠壁的所述拟合等值面曲面。优选的，所述步骤一中，将所述拟合等值面曲面映射到所述三维图像的坐标系中，所述拟合等值面曲面由若干个顶点和边组成，将顶点坐标和顶点序号一一对应。优选的，所述步骤一中还包括：计算每个顶点的最大主曲率m1和最小主曲率m2，当每个顶点的主曲率满足以下条件时，该顶点作为候选种子点s’： m 1 > 0 m 2 > 0 m m e a n > m t ]]>其中，mmean是该顶点的平均曲率，mmean＝(m1+m2)/2，mt是预先选取的阈值，计算候选种子点s’在其邻域半径r范围内所有相邻顶点sx的主曲率，若sx的最大主曲率和最小主曲率符号相反，则将候选种子点s’删除，若sx的最大主曲率和最小主曲率符号相同，则将该候选种子点s’作为种子点s放入堆栈S中。优选的，所述步骤二中包括以下步骤：(I)、计算每个种子点s的最大主曲率k1和最小主曲率k2；(II)、在每一个种子点s对应的真实等值面的切平面上，沿着最大曲率方向逐步移动，其移动步长为L，其定义为其中，ki(i＝1,2)是真实等值面的主曲率，εL是设定的阈值；(III)、对于S中的种子点s，其初始位置为P，该位置处对应的体素灰度值为U1，由图像处理器线程来计算该位置处的梯度向量若U1小于真实等值面的体素灰度值U2，则定义投影向量为若U1大于U2，则(VI)、将s在切平面上沿着最大主曲率移动后的位置记作P(i)，P(i)沿着D的方向逐步移动，每一步移动的步长为d，其中，d定义为d＝Lmax/20，在每一步移动之后，重新获取当前位置sm的体素灰度，并记录移动前后的体素灰度分别是i前和i后；(V)、若(i前-U2)×(i后-U2)<0，则停止移动s，并计算sm在真实等值面上的投影位置P’，将P’放入堆栈S中，若种子点在切平面上移动的补偿L≤Lmax/100，或使用了四阶Runge-Kutta方法追踪曲率线，则种子点在真实等值面上的投影过程可以忽略，在曲率线追踪停止之前，将投影位置P’作为种子点不断放入堆栈S中，且将投影位置P’作为种子点回到步骤(I)，连接在每个种子点s及其相应的若干个投影位置P’形成一条曲率线；(IV)、当移动后的种子点和其余的曲率线距离小于预设的阈值，或者种子点移动次数达到了预设的上限，则曲率线终止，将堆栈S中的种子点信息存储到图像处理器的共享存储器或显存中。优选的，所述步骤三中，曲率线散播的具体步骤包括：步骤A、在已经生成的曲率线集合中任意选取一条曲率线l，选取l上的一个种子点s，真实等值面曲面的切线方向记作T，由g和T定义一个法平面N；步骤B、定义两个向量V1和V2，V1＝T×g，V1＝g×T，并开辟两个图像处理器线程t1和t2，t1和t2分别在V1和V2的方向上分别放置两个新增种子点s1和s2，s1和s2到s的距离为ds， d s = ϵ 1 ( 2 / | k i | + ϵ 1 ) ]]>若s1到已有种子点的距离大于预设阈值τ，则将s1放入堆栈S；若s2到已有种子点的距离大于预设阈值τ，则将s2放入堆栈S；不满足条件的新增种子点对应的线程终止计算，其中，ki(i＝1,2)是主曲率，ε1是设定值；步骤C、分别以s1和s2为起始点，重复步骤一和二，生成新的曲率线l1和l2，l1和l2的终止条件为：移动后的种子点和其余的曲率线距离小于预设的阈值vt，或者种子点移动次数达到了预设的上限，其中，vt为 v t = 2 ϵ 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，在图形处理器中进行以下步骤：步骤一、采集结肠部位的三维图像数据，并对所述图像数据进行图像预处理，得到结肠壁的拟合等值面曲面，在所述拟合等值面上选取体现结肠息肉特征的W个种子点；步骤二、逐步移动所述种子点并将移动后的种子点影到图像真实等值面上，连接种子点及其在图像真实等值面上的投影点形成W条曲率线；步骤三、将每一条所述曲率线进行散播，生成曲率线集合；步骤四、在所述曲率线集合中筛选出体现结肠息肉形状特征的特征曲率线，并将所述特征曲率线绘制到所述拟合等值面上，以突显结肠息肉。

【技术特征摘要】
1.一种面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，在图形处理器中进行以下步骤：步骤一、采集结肠部位的三维图像数据，并对所述图像数据进行图像预处理，得到结肠壁的拟合等值面曲面，在所述拟合等值面上选取体现结肠息肉特征的W个种子点；步骤二、逐步移动所述种子点并将移动后的种子点影到图像真实等值面上，连接种子点及其在图像真实等值面上的投影点形成W条曲率线；步骤三、将每一条所述曲率线进行散播，生成曲率线集合；步骤四、在所述曲率线集合中筛选出体现结肠息肉形状特征的特征曲率线，并将所述特征曲率线绘制到所述拟合等值面上，以突显结肠息肉。2.如权利要求1所述的面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，所述步骤一中，图形处理器读入结肠部位的CT三维图像f，分割出结肠壁图像，使用Marching Cubes算法计算生成分布结肠壁的所述拟合等值面曲面。3.如权利要求2所述的面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，所述步骤一中，将所述拟合等值面曲面映射到所述三维图像的坐标系中，所述拟合等值面曲面由若干个顶点和边组成，将顶点坐标和顶点序号一一对应。4.如权利要求3所述的面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，所述步骤一中还包括：计算每个顶点的最大主曲率m1和最小主曲率m2，当每个顶点的主曲率满足以下条件时，该顶点作为候选种子点s’： m 1 > 0 m 2 > 0 m m e a n > m t ]]>其中，mmean是该顶点的平均曲率，mmean＝(m1+m2)/2，mt是预先选取的阈值，计算候选种子点s’在其邻域半径r范围内所有相邻顶点sx的主曲率，若sx的最大主曲率和最小主曲率符号相反，则将候选种子点s’删除，若sx的最大主曲率和最小主曲率符号相同，则将该候选种子点s’作为种子点s放入堆栈S中。5.如权利要求4所述的面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，所述步骤二中包括以下步骤：(I)、计算每个种子点s的最大主曲率k1和最小主曲率k2；(II)、在每一个种子点s对应的真实等值面的切平面上，沿着最大曲率方向逐步移动，其移动步长为L，其定义为其中，ki(i＝1,2)是真实等值面的主曲率，εL是设定的阈值；(III)、对于S中的种子点s，其初始位置为P，该位置处对应的体素灰度值为U1，由图像处理器线程来计算该位置处的梯度向量若U1小于真实等值面的体素灰度值U2，则定义投影向量为若U1大于U2，则(VI)、将s在切平面上沿着最大主曲率移动后的位置记作P(i)，P(i)沿着D的方向逐步移动，每一步移动的步长为d，其中，d定义为d＝Lmax/20，在每一步移动之后，重新获取当前位置sm的体素灰度，并记录移动前后的体素灰度分别是i前和i后；(V)、若(i前-U2)×(i后-U2)<0，则停止移动s，并计算sm在真实等值面上的投影位置P’，将P’放入堆栈S中，若种子点在切平面上移动的补偿L≤Lmax/100，或使用了四阶Runge-Kutta方法追踪曲率线，则种子点在真实等值面上的投影过程可以忽略，在曲率线追踪停止之前，将投影位置P’作为种子点不断放入堆栈S中，且将投影位置P’作为种子点回到步骤(I)，连接在每个种子点s及其相应的若干个投影位置P’形成一条曲率线；(IV)、当移动后的种子点和其余的曲率线距离小于预设的阈值，或者种子点移动次数达到了预设的上限，则曲率线终止，将堆栈S中的种子点信息存储到图像处理器的共享存储器或显存中。6.如权利要求5所述的面向虚拟结肠镜的结肠息肉图像数据处理方法，其特征在于，所述步骤三中，曲率线散播的具体步骤包括：步骤A、在已经生成的曲率线集合中任意选取一条曲率线l，选取l上的一个种子点s，真实等值面曲面的切线方向记作T，由g和T定义一个法平面N；步骤B、定义两个向量V1和V2，V1＝T×g，V1＝g×T，并开辟两个图像处理器线程t1和t2，t1和t2分别在V1和V2的方向上分别放置两个新增种子点s1和s2，s1和s2到s的距离为ds， ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凌霄，周志勇，佟宝同，陈光强，耿辰，胡冀苏，刘燕，戴亚康，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32