使用三维可变形网格模型对物体的三维树状管形表面自动分段的图像处理系统技术方案

一种具有对在３Ｄ图像中树状管形结构自动进行分段的计算装置的图像处理系统，包括：用于计算管形树状结构的树状中心路径的装置（２０）；用于把管形树状结构的树状中心路径划分成由各点形成的结构的装置（２１）；用于对树状中心路径的各个分段生成由单元形成的一般圆柱形网格的装置（４０）；用于融合两个一般圆柱形网格的装置（５０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用三维可变形网格模型来对三维图像中物体的三维树状管形表面自动分段的图像处理系统。本专利技术还涉及使用这样的系统的医疗检查设备。本专利技术还涉及用于处理由这种设备产生的医学三维图像的程序产品。本专利技术还涉及用于把诸如动脉这样的管形树状身体器官分段以便改进器官的可视化的医学图像处理方法。本专利技术在医学成像领域中找到具体的应用。
技术介绍
三维物体的模型化的技术在H.Delingette，“Simplex MeshesaGeneral Representation for 3D shape Reconstruction”(单体网格用于三维形状重建的一般表示)，Processing of the International Conferenceon Computer Vision and Pattern Recognition(计算机视觉和模式识别国际会议的处理)(CVPR’94)，20-24 June 1994，Seattle，USA中公开。在这篇文章中，提出了用于恢复三维物体的基于物理的方法。这个方法是基于“单体网格”的几何关系。网格的弹性特性用通过在每个顶点(网格的节点)处提取的单体角度控制平均曲率的局部稳定的函数而被建模。这些函数是视点不变的、固有的和尺度敏感的。单体网格具有恒定的顶点连接性。为了表示三维表面，使用了被称为双单体网格的单体网格，在其中每个顶点被连接到三个相邻的顶点。单体网格的结构对所引用文章的附图说明图1所示的三角形结构是二元的(dual)。单体网格的轮廓被规定为包含单体网格的相邻的顶点的一个闭合多边形链。为了达到全部范围的可能的网格变换，定义了四个独立的变换。它们包含插入或删除一个面的各边缘。单体网格的说明还包括归纳在平面几何中使用的角度的单体角的定义；以及度量参数的定义，它们描述顶点是如何相对于它的三个邻居而定位的。每个顶点的动态特性(dynamic)由牛顿运动定律给出。变形蕴含着一个把形状约束成平滑的力和一个把网格约束成为接近于3D物体的力。内部力确定一个基于物理的模型对外部约束的响应。内部力被表示成使得它们是固有地视点不变的和取决于定标的。对于轮廓也有同样类型的约束。因此，所引述的文章为表示一个给定的3D物体提供一个简单的模型。它规定要施加的力，以便使该模型重新成形和调整到感兴趣的3D物体上。专利技术概要在医疗图像上，常常需要对如动脉那样的树状管形器官分段。基于可变形模型的分段允许提取所研究的器官的临床参数，如直径或体积。当可变形模型(不管是被称为2-单体网格、三角形网格或任何其它种类的主动轮廓模型)必须拟合一个呈现树状管形结构的器官时就会出现问题。把分立的可变形模型映射到树状管形器官的不同的分支是非常困难的，特别是在分支结构的位置处。首先，必须生成表示每个不同分支的管形模型。特别地，管形模型必须适配于各个分支的弯曲或曲率。然后，管形模型必须在分支结构处进一步合并或融合。如果管形模型的合并不正确，则在分支结构位置处可能有缝隙或折叠或其它变形。本专利技术的一个目的是提出用于对树状管形结构进行分段的图像处理系统。本专利技术的系统具有用于快速生成树状管形表面网格的装置，包括自动分支生成、分支加标记和分支融合，根据圆柱形表面网格生成。特别地，所述系统具有用于创建和使用2-单体网格模型或三角形网格模型或任何其它变形网格模型的处理装置。该处理装置从树状物体中心线创建树状管形表面网格。这种中心线结构被划分成相应于树状管形物体的不同部分的各分段。然后，这些分段被用来创建带区域标记的通用圆柱体，它们被融合，从而最后创建所需的管形树状网格表面。树状网格表面可被用于3D图像分段。这对于如冠状树、支气管树、主动脉交叉分支、脑部血管那样的树状管形器官或器官部件是特别有用的。本专利技术的另一个目的是提出这样一种系统，它具有使得分支融合的数目最小化的处理装置。由于系统具有按照初始的管形树的各种分支对生成的树状管形网格表面自动加标记的装置，所以所述加标记就规定了最后的树状管形网格的各个区域。第一圆柱形结构是以连续的方式根据相邻中心线分段的最大可能数目而生成的。然后，其它圆柱形结构与这个第一圆柱形结构融合。创建这个第一圆柱形结构(它从几个相邻的中心线分段直接形成，其它分支则与它融合)可使得融合操作次数为最小。同样的原理可应用于到具有子分支的其它分支。在3D医学图像中使用网格作为3D树状器官分段的活动(active)模型的同时，给感兴趣的物体的不同区域加上标记是有很大的帮助的。感兴趣的物体在3D图像上用灰度级别来表示。所建议的图像处理系统的主要特征是在权利要求1中要求保护的。其它权利要求涉及用于操作该系统装置的方法步骤、用于执行该方法的程序产品或程序包、以及具有如在权利要求1中要求的3D成像装置和系统的医疗检查设备。附图简述此后参照以下的示意图详细地描述本专利技术，其中图1A是用于对3D图像中的树状管形器官分段的观测系统的功能性框图；图1B是系统的融合装置的功能性框图；图2是显示根据已排序的各点的预定路径使网格逐个分段地弯曲的步骤；图3A和图3B分别以圆形视图显示不带有和带有线性变换混合的网格建立；图4A以单体网格视图显示不带有线性变换混合的网格建立；图4B以单体网格视图显示带有线性变换混合和带有减小半径以导致扭曲最小化的网格建立；图4C显示在不减小半径的情况下使用在子分段之间最小旋转的网格建立的例子；图5A到图5C显示在两个网格模型之间的交叉区域的生成以创建一个分支结构图5A显示检测和删除属于相对的网格的内部的面；图5B显示耦合和链接开放的轮廓以创建新的面从而导致该两个网格的新的联合；图5C显示该新的联合的区域；图6A显示初始的树状管形结构，诸如一个在3D图像中的器官；图6B显示图6A的3D树状管形结构的中心线；图7A显示根据中心线的各个部分，生成适配于树状结构的分支的管形网格模型；图7B显示管形网格模型的一个分支到另一个分支的耦合；图7C显示管形网格模型的另一个分支进一步耦合到以前构建的树状管形网格模型；图8是使用图1的系统的医疗检查设备的功能性框图。优选实施例描述本专利技术涉及一个带有用于处理三维(3D)数字图像数据的装置的图像处理系统。图1A是这个系统的实施例的示意图。3D图像10可以以灰度级别表示在有噪声的图像中被称为感兴趣的物体OI的管形器官的三维表面。为了例如相对于带有噪声的背景给用户提供感兴趣的物体的更好的视图，这个物体被分段。分段允许用户更好地研究或检测器官的异常。图像可以通过诸如超声或X射线设备那样的不同的获取装置或通过本领域技术人员已知的其它设备来获取。本专利技术特别地涉及到这样的图像处理系统，它具有用于在三维图像10或在三维图像的序列中对感兴趣的树状管形物体进行分段的装置。如图6A所示，要分段的树状管形物体可以是诸如一组血管那样的树状管形器官。该系统装置的图像分段技术是基于利用被称为活动轮廓的3D可变形模型。按照本专利技术，可以使用创建3D可变形模型的任何技术而没有限制。分段操作包含把3D可变形模型映射到感兴趣的3D树状管形物体上。在图6A所示的一组血管的例子中，感兴趣的树状管形物体显示出包括分支的复杂的管状形状，这些分支包括弯管。在活动轮廓的领域，必须提供初始网格模型。即使总是可能从任何任意形状的网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有计算装置用于对３Ｄ图像中树状管形结构进行全自动分段的图像处理系统，包括：用于计算树状管形结构的树状中心路径的装置（２０）；用于把树状管形结构的树状中心路径划分成由多个点形成的分段的装置（２１）；用于为树状中心 路径的各个单独分段生成由单元形成的一般圆柱形网格的装置（４０）；用于融合两个一般圆柱形网格的装置（５０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM鲁特，F拉法古，M弗拉德金，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]