CN108648231B - 基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法 - Google Patents

基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法，通过采用数学中的微分求和原理，将管状结构的长度值计算转化为一系列相邻切片间距的累加计算，首先将管状结构的中心线提取出来，然后基于中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面，并在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围，最后计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构长度值，从而实现对管状结构的长度进行精确测量，可广泛用于血管支架术前规划、斑块长度测量、血栓长度测量、血管瘤及夹层测量、肠道息肉测量等领域。

Description

基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法
技术领域
本发明属于医学图像处理技术领域，涉及一种管状结构长度测量方法，具体是一种基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法。
背景技术
借助现代医学手段如磁共振(MRI)、计算机断层成像(CT)、超声(US)、数字化X线摄影(DR)、光学相干断层扫描(OCT)以及虚拟肠镜技术等等，可提供多模态的人体心脑血管、消化道等管腔腔体或管壁(以下统称管状结构)信息。鉴于管状结构在三维空间中的几何形态较为复杂，如弯曲，卷绕等，目前仅考虑管状结构感兴趣区域的直线距离的长度测量方案存在较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法，实现对管状结构的长度的精确测量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于三维医学影像的管状结构长度测量***，包括管状结构成像模块、中心线提取模块、二维切面细分模块、图像重建模块、区域选择模块、管壁间距计算模块以及长度测量模块；
所述管状结构成像模块，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息；
所述中心线提取模块，采用手动或半自动方式，将管状结构成像模块得到的管状结构的中心线提取出来；
所述二维切面细分模块，基于中心线提取模块提取出的管状结构中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面；
所述图像重建模块，对二维切面细分模块细分出的一系列二维切面进行拉直曲面重建，得到拉直曲面重建图像；
所述区域选择模块，用于在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围；
所述管壁间距计算模块，根据相邻中心点的具体连接模型，计算出相邻切面间的管状结构的壁间距；
所述长度测量模块，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，从而得到所需要的管状结构的长度值。
基于三维医学影像的管状结构长度测量方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息；
步骤S2，采用手动或半自动方式，将管状结构的中心线提取出来；
步骤S3，基于管状结构中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面；
步骤S4，对细分出的二维切面进行拉直曲面重建，得到拉直曲面重建图像；
步骤S5，在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围；
步骤S6，根据相邻中心点的具体连接模型，计算出相邻切面间的管状结构的壁间距；
步骤S7，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构的长度值。
进一步地，所述步骤S6中，计算相邻切面间的管状结构壁间距时，具体包括以下步骤：
步骤S61，根据计算出的中心线，分别计算出两个切面的平面方程，同时，在对应的法平面上直接测量出管状结构的直径D1和D2；
步骤S62，计算相邻切面法向量的夹角α，并根据平面几何关系计算得出未知参数d；
步骤S63，根据相邻切面法向量的夹角α，设定相邻中心点间的连接模型；
步骤S64，根据步骤S63确定的连接模型求出相邻切面间的管状结构壁间距dx1或dx2。
进一步地，所述步骤S63中，若夹角α<10°，则为线性连接模型；若夹角α>10°，则为圆弧连接模型或样条连接模型。
本发明的有益效果：本发明提供的基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法，通过采用数学中的微分求和原理，将管状结构的长度值计算转化为一系列相邻切片间距的累加计算，首先，将管状结构中心线提取出来，然后基于中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面，并在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围，最后计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构长度值，从而实现对管状结构的长度进行精确测量，可广泛用于血管支架术前规划、斑块长度测量、血栓长度测量、血管瘤及夹层测量、肠道息肉测量等领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的***示意图。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明相邻切面间管状结构壁间距的计算示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于三维医学影像的管状结构长度测量***，包括管状结构成像模块、中心线提取模块、二维切面细分模块、图像重建模块、区域选择模块、管壁间距计算模块以及长度测量模块。
管状结构成像模块，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息。
中心线提取模块，采用手动或半自动方式，如指定起止点等，将管状结构成像模块得到的管状结构的中心线提取出来。
二维切面细分模块，基于中心线提取模块提取出的管状结构中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面。
图像重建模块，对二维切面细分模块细分出的一系列二维切面进行拉直曲面重建，得到拉直曲面重建图像。
区域选择模块，用于在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围。
管壁间距计算模块，根据相邻中心点的具体连接模型，计算出相邻切面间的管状结构的壁间距。
长度测量模块，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，从而得到所需要的管状结构的长度值。
如图2所示，一种基于三维医学影像的管状结构长度测量方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息。
步骤S2，采用手动或半自动方式，如指定起止点等，将管状结构的中心线提取出来。
步骤S3，基于管状结构中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面。
步骤S4，对细分出的二维切面进行拉直曲面重建，得到拉直曲面重建图像。
步骤S5，在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围。
步骤S6，根据相邻中心点的具体连接模型，计算出相邻切面间的管状结构的壁间距。
其中，步骤S6中，计算相邻切面间的管状结构壁间距时，如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤S61，确定已知参数，根据计算出的中心线，分别计算出两个切面的平面方程，同时，在对应的法平面上直接测量出管状结构的直径D1和D2；
步骤S62，计算相邻切面法向量的夹角α，并根据平面几何关系计算得出未知参数d；
步骤S63，根据相邻切面法向量的夹角α，设定相邻中心点间的连接模型；其中，若夹角α<10°，则为线性连接模型；若夹角α>10°，则为圆弧连接模型或样条连接模型。
步骤S64，根据步骤S63确定的连接模型求出相邻切面间的管状结构壁间距dx1或dx2。
步骤S62，根据计算出的中心线，计算出法平面1与法平面2的平面方程，同时，在对应的法平面上直接测量出管状结构的直径D1和D2。
步骤S63，求出未知参数α和d，其中，α为法平面1与法平面2法向量的夹角，未知参数d则根据平面几何关系计算得出。
步骤S64，根据步骤S61确定的连接模型求出相邻切面间的管状结构壁间距dx1或dx2。
步骤S7，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构的长度值。
本发明提供的基于三维医学影像的管状结构长度测量***及方法，通过采用数学中的微分求和原理，将管状结构的长度值计算转化为一系列相邻切片间距的累加计算，首先，将管状结构中心线提取出来，然后基于中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面，并在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围，最后计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构长度值，从而实现对管状结构的长度进行精确测量，可广泛用于血管支架术前规划、斑块长度测量、血栓长度测量、血管瘤及夹层测量、肠道息肉测量等领域。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于三维医学影像的管状结构长度测量***，其特征在于，包括管状结构成像模块、中心线提取模块、二维切面细分模块、图像重建模块、区域选择模块、管壁间距计算模块以及长度测量模块；
所述管状结构成像模块，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息；
所述中心线提取模块，采用手动或半自动方式，将管状结构成像模块得到的管状结构的中心线提取出来；
所述二维切面细分模块，基于中心线提取模块提取出的管状结构中心线构建法平面，将管状结构细分为一系列的二维切面；
所述图像重建模块，对二维切面细分模块细分出的一系列二维切面进行拉直曲面重建，得到拉直曲面重建图像；
所述区域选择模块，用于在拉直曲面重建的图像上确定感兴趣区域范围；
所述管壁间距计算模块，根据相邻中心点的具体连接模型，计算出相邻切面间的管状结构的壁间距；
所述长度测量模块，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，从而得到所需要的管状结构的长度值。
2.基于三维医学影像的管状结构长度测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1，采用磁共振、计算机断层成像、超声、数字化X线摄影、光学相干断层扫描以及虚拟肠镜技术对人体心脑血管、消化道的管腔腔体或管壁进行高分辨率的三维成像，得到相应的管状结构信息；
步骤S2，采用手动或半自动方式，将管状结构的中心线提取出来；
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步骤S7，计算出感兴趣区域所包含的相邻切面间的管状结构的壁间距之和，得到所需要的管状结构的长度值。
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