CN109872351A - 一种医学图像配准与三维重建***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医学图像配准与三维重建***及方法，属于医学图像处理技术领域。本发明的医学图像配准与三维重建***包括用户登录模块、三维重建模块、图像配准模块和文件存取模块，所述用户登录模块包括注册单元，用于为***设置用户登录权限，三维重建模块用于将文件中读入的图像序列进行逐张显示，图像配准模块用于允许用户从文件中读取选定浮动图像和参考图像进行配准，输出配准后融合图像和相应参数，文件存取模块用于对用户登录账号与密码及图像的存取。该发明的医学图像配准与三维重建***能够提供更清晰、全面、直观的展示人体内部脏器信息，从而做出准确的判断和更完善的治疗方案，具有很好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及医学图像处理技术领域，具体提供一种医学图像配准与三维重建***及方法。
背景技术
随着计算机技术和医学成像技术的迅速发展，多种模态的医学图像相继出现，为临床诊断提供了丰富的数据。由于成像原理以及成像设备的不同造成了多种成像模式并存，按照它们所提供信息的不同，医学图像可以分为解剖结构图像和功能图像两大类。其中，解剖结构图像提供了丰富的人体解剖结构信息，功能图像则提供了有关人体功能代谢方面的信息。
医学图像的成像模式不同，导致它所能提供的相关脏器的信息也不同。例如，计算机断层成像(CT)图像的分辨率很强，对骨豁的成像非常清晰，可以很好的实现对病灶的准确定位，但是，对组织密度差异较小的软组织的成像比较模糊；在正电子发射断层成像(PET)图像中，可以清楚地观察到人体不同组织器官的新陈代谢水平和血液流动情况，这些人体功能信息都为临床诊断提供了依据。但是由于图像分辨率较低，要从中得到精确的解剖结构是非常困难的，并且不容易对相应组织和器官的边界做出准确的判断。有时候，单一模态的图像并不能为医生的临床诊断提供足够的信息作为诊断依据。比如在放射治疗的过程中：病人总是会存在自主或者不自主的动作导致人体的组织器官发生形变，从而导致目标肿瘤的靶区产生一定程度的位移。这种情况可能会导致严重的后果：靶区附近的肿瘤没有被消灭，正常的组织结构却被射线破坏了。可以通过采用图像配准算法，纠正参数来调整角度、调节治疗靶区肿瘤所需的剂量分布来补偿因为病人的动作而产生的位移。
在传统的临床诊断中，医生只能对病灶区域所处断层进行扫描，并得到只能表达某一切面信息的二维断层图像。由于二维断层图像缺乏足够的直观数据信息，医生在诊断中必然会掺杂主观判断，以致于不能提供精确的诊断结果并影响临床治疗的效果。因此，为了提高医疗诊断和治疗规划的准确性与科学性，需要将二维断层图像序列转变为具有直观立体效果的图像，展现病灶的三维结构与形态，从而获取解剖结构信息，并为临床医生进行虚拟手术提供了视觉交互手段。现有技术中，三维重建大多为面绘制，面绘制实际上是显示对三维物体在二维平面上的真实感投影，就像当视角位于某一点时，从该点对三维物体进行“照相”，相片上显示的三维物体形象。如图1所示，具体过程如下：(1)通过配准及插值后，建立面绘制所需的基本三维体数据，选定作为表面显示的等值面的灰度阈值。(2)紧邻上下两层数据对应的四个像素点构成一个立方体，或对应成一个体素。(3)体素的共8个顶点按照前面得到的等值面阈值进行分类，超过或等于阈值，则顶点算作等值面的内部点；小于阈值，顶点算作等值面的外部点。(4)生成一个代表顶点内外部状态的二进制编码索引表。(5)移动至下一个立方体，重复以上步骤。(6)用此索引表查询一个长度为256的结构查找表，得到轮廓(等值面)与立方体空间关系的具体拓扑状态(构型)。(7)根据构型，通过线性插值确定等值面与立方体相交的三角片顶点坐标，得到轮廓的具***置。面绘制技术需要中间集合图元，过程繁琐，效率较低。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够提供更清晰、全面、直观的展示人体内部脏器信息，从而做出准确的判断和更完善的治疗方案的医学图像配准与三维重建***。
本发明进一步的技术任务是提供一种医学图像配准与三维重建方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种医学图像配准与三维重建***，包括用户登录模块、三维重建模块、图像配准模块和文件存取模块，所述用户登录模块包括注册单元，用于为***设置用户登录权限，三维重建模块用于将文件中读入的图像序列进行逐张显示，图像配准模块用于允许用户从文件中读取选定浮动图像和参考图像进行配准，输出配准后融合图像和相应参数，文件存取模块用于对用户登录账号与密码及图像的存取。
为该***设置用户登录，使得只有拥有权限的人才能登录该***，不允许没有权限的人对***进行访问。之后所有的操作都要依据已经登录的条件下进行。新用户可以进行注册获得登录权限。已有账户可以根据相应的账号密码对密码进行修改。
本***所用数据均保存在文件存取模块中，支持本地存取。普通用户登录账户和管理员账户保存在.mat文件中，CT断层图像序列和PET图像序列以及对应转换的SUV图像均存在相应路径的文件下，方便读取。
作为优选，所述用户登录模块中设有账户管理单元，管理员通过账户管理单元对***进行管理并查询用户信息，包括注册信息和最近一次登录时间信息，对账户进行删除和修改注册信息。
管理员账户登录可以对***进行管理并查询用户信息，包括注册信息和最近一次登录时间信息，可以对用户账号进行删除和修改注册信息。
作为优选，所述三维重建模块为体绘制三维重建，由三维数据场产生屏幕上的二维图像，产生三维数据的整体图像，以体素为基本单位，直接显示图像。
本发明中采用光线投射体绘制算法进行三维重建。
作为优选，所示图像配准模块包括刚性配准的Powell算法和弹性配准的蚁群算法与蚁群算法的改进，选择单模图像和多模图像配准，输出配准后融合图像和相应参数。
作为优选，所述Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
一种医学图像配准与三维重建方法，具有登录权限的用户登录***，将从文件中读入的断层图像序列逐张显示，并将图像全部转换为对应的SUV图像，并分别显示，进行体绘制三维重建并将重建完成的图像进行显示，用户选定浮动图像和参考图像从Powell算法、蚁群算法和蚁群算法的改进选择进行配准，输出配准图像和融合图像。
作为优选，该方法中用户登录账号与密码及图像通过文件存取模块完成。
作为优选，所述三维重建模块为体绘制三维重建，由三维数据场产生屏幕上的二维图像，产生三维数据的整体图像，以体素为基本单位，直接显示图像。
作为优选，所述Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
与现有技术相比，本发明的医学图像配准与三维重建方法具有以下突出的有益效果：所述医学图像配准与三维重建方法在临床诊断中，重构出了具有立体感的三维医学图像，更加直观的显示病灶的结构信息，使临床医生能够更加客观有效的对病灶进行数据的处理与分析，得到更为准确的诊断结果。同时，对图像还可以进行其他模拟操作功能，如旋转、切割、三维交互、缩放等等，更加直观的展现病灶复杂的内部组织结构，且具有配准精度高、鲁棒性强等特点，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1是现有技术中面绘制的三维重建流程图；
图2是本发明所述医学图像配准与三维重建***的拓扑图；
图3是本发明所述医学图像配准与三维重建方法的Powell算法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的医学图像配准与三维重建***及方法作进一步详细说明。
实施例
在本发明中单一模态图像指的是用同一种成像技术获取的图像；多模态图像指的是用不同的成像技术获取的图像。
如图2所示，本发明的医学图像配准与三维重建***，包括用户登录模块、三维重建模块、图像配准模块和文件存取模块。
用户登录模块包括注册单元和账户管理单元。
注册单元用于为***设置用户登录权限，使得只有拥有权限的人才能登录该***，不允许没有权限的人对***进行访问。所有的操作都要依据已经登录的条件下进行。新用户可以进行注册获得登录权限。已有账户可以根据相应的账号密码对密码进行修改。
管理员通过账户管理单元对***进行管理并查询用户信息，包括注册信息和最近一次登录时间信息，对账户进行删除和修改注册信息。
三维重建模块用于将文件中读入的图像序列进行逐张显示。采用光线投射体绘制算法进行三维重建。三维重建模块为体绘制三维重建，由三维数据场产生屏幕上的二维图像，产生三维数据的整体图像，以体素为基本单位，直接显示图像。
图像配准模块用于允许用户从文件中读取选定浮动图像和参考图像进行配准，输出配准后融合图像和相应参数。图像配准模块包括刚性配准的Powell算法和弹性配准的蚁群算法与蚁群算法的改进，选择单模图像和多模图像配准，输出配准后融合图像和相应参数。如图3所示，Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
文件存取模块用于对用户登录账号与密码及图像的存取。该***所用数据均保存在文件存取模块中，支持本地存取。普通用户登录账户和管理员账户保存在.mat文件中，CT断层图像序列和PET图像序列以及对应转换的SUV图像均存在相应路径的文件下，方便读取。
本发明的一种医学图像配准与三维重建方法，具有登录权限的用户登录***，将从文件中读入的断层图像序列逐张显示，并将图像全部转换为对应的SUV图像，并分别显示，进行体绘制三维重建并将重建完成的图像进行显示，用户选定浮动图像和参考图像从Powell算法、蚁群算法和蚁群算法的改进选择进行配准，输出配准图像和融合图像。Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种医学图像配准与三维重建***，其特征在于：包括用户登录模块、三维重建模块、图像配准模块和文件存取模块，所述用户登录模块包括注册单元，用于为***设置用户登录权限，三维重建模块用于将文件中读入的图像序列进行逐张显示，图像配准模块用于允许用户从文件中读取选定浮动图像和参考图像进行配准，输出配准后融合图像和相应参数，文件存取模块用于对用户登录账号与密码及图像的存取。
2.根据权利要求1所述的医学图像配准与三维重建***，其特征在于：所述用户登录模块中设有账户管理单元，管理员通过账户管理单元对***进行管理并查询用户信息，包括注册信息和最近一次登录时间信息，对账户进行删除和修改注册信息。
3.根据权利要求1或2所述的医学图像配准与三维重建***，其特征在于：所述三维重建模块为体绘制三维重建，由三维数据场产生屏幕上的二维图像，产生三维数据的整体图像，以体素为基本单位，直接显示图像。
4.根据权利要求3所述的医学图像配准与三维重建***，其特征在于：所示图像配准模块包括刚性配准的Powell算法和弹性配准的蚁群算法与蚁群算法的改进，选择单模图像和多模图像配准，输出配准后融合图像和相应参数。
5.根据权利要求4所述的医学图像配准与三维重建***，其特征在于：所述Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
6.一种医学图像配准与三维重建方法，其特征在于：该方法中，具有登录权限的用户登录***，将从文件中读入的断层图像序列逐张显示，并将图像全部转换为对应的SUV图像，并分别显示，进行体绘制三维重建并将重建完成的图像进行显示，用户选定浮动图像和参考图像从Powell算法、蚁群算法和蚁群算法的改进选择进行配准，输出配准图像和融合图像。
7.根据权利要求6所述的医学图像配准与三维重建方法，其特征在于：该方法中用户登录账号与密码及图像通过文件存取模块完成。
8.根据权利要求6或7所述的医学图像配准与三维重建方法，其特征在于：所述三维重建模块为体绘制三维重建，由三维数据场产生屏幕上的二维图像，产生三维数据的整体图像，以体素为基本单位，直接显示图像。
9.根据权利要求8所述的医学图像配准与三维重建方法，其特征在于：所述Powell算法每一轮迭代由n+1次一维搜索组成，在算法的每次迭代过程中，先依次沿着已知的n个方向搜索，得到一个最好位置，沿本次迭代的初始点与该最好点连线的方向进行搜索，求得这一阶段的最好点，再用最后的搜索方向取代前n个方向之一，开始下一个阶段的迭代。
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