一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法。本发明专利技术针对DICOM图像数据集进行处理，对每两层相邻图像切片的互不重叠部分进行轮廓检测，将每个轮廓及其包围的子轮廓按照规定顺序进行排列，计算每个轮廓的直骨架，并通过插值的方式确定直骨架内每个骨架顶点的高度值，逐层实现相邻图像之间的重建。本发明专利技术方法能够很好地解决现有方法在图像切片数量过少或者图像切片间距过小的问题。此外，本方法对直骨架每个面对应的多边形进行最优三角剖分，使得各个空间三角形的表面积之和最小。表面积之和最小。表面积之和最小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法


[0001]本专利技术涉及一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，属于医学图像三维重建


技术介绍

[0002]包括CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)图像在内的医学图像数据在医疗、计算机领域有着重要应用。William和Harvey专利技术的移动立方体算法，通过将空间划分为一个个细小立方体，计算每个立方体内的给定阈值的等值面。但是重建结果可能存在局部空腔，并且当切面间距较小时，会导致重建三角形面数较多，影响重建效率。Fuchs等人专利技术的基于平面轮廓的最优表面重建方法，通过路径规划的方法最优地三角化相邻切片轮廓顶点，但是不能解决每个切片具有多个轮廓的情况。因此亟需一种能够有效解决切片间距过小和具有多个重叠轮廓的方法。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine，医学数字成像和通信)医学图像三维重建方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1，对于待重建的DICOM医学图像数据集，计算相邻两层图像切片之间的互不重叠部分的轮廓，将每个轮廓及其包围的子轮廓按照相应顺序排列。
[0006]步骤2，计算每个轮廓的直骨架，并分别计算直骨架的外部轮廓顶点和内部骨架顶点的三维坐标。
[0007]步骤3，对直骨架每个面对应的多边形进行表面积之和最小的三角剖分。
[0008]步骤4，重复执行步骤1
‑
3，完成所有图像三维重建。
[0009]优选的，步骤1包括：
[0010]步骤1
‑
1，读取相邻两层图像切片数据，分别记为slice0和slice1；所述图像切片数据为图像灰度值。
[0011]步骤1
‑
2，将图像灰度值变换到真实CT值，计算公式如下：
[0012]slice
i
＝slice
i
×
slope
i
+intercept
i
[0013]其中i＝0,1，slope
i
,intercept
i
分别表示DICOM图像i所存储的重新缩放斜率和截距。
[0014]步骤1
‑
3，对变换为CT值的图像切片slice0和slice1进行阈值分割，对阈值分割后的图像进行轮廓检测，并对检测到的外部轮廓及其包含的子轮廓按照包含关系进行排序。
[0015]步骤1
‑
3包括：
[0016]步骤1
‑3‑
1，设置待重建部位的CT值的上下界[lower,upper]，根据所述CT值的上
下界[lower,upper]分别对变换为CT值的图像切片slice0和slice1进行第一次阈值分割，将像素值位于[lower,upper]之间的像素的数值设为1，在此范围之外的像素值设置0；将第一次阈值分割后的两个图像对应像素相加，此时像素值为1的像素即为恰好属于某一个切片图像的部位，与之对应的像素值为0的像素不属于任何一个切片部位，而像素值为2的像素同时属于两个切片部分；
[0017]步骤1
‑3‑
2，对相加后的图像进行第二次阈值分割，设置像素值恰好为1的像素的数值为255，其余像素的数值为0；
[0018]步骤1
‑3‑
3，使用OpenCV对第二次阈值分割后的图像进行轮廓检测，每个轮廓对应一组环形排列的像素点，将最外层轮廓按照顺时针顺序排列，如果外层轮廓内部存在子轮廓，则将其包围的子轮廓按照逆时针顺序排列；所述轮廓包括两种：由分别属于两个图像切片的子轮廓拼接而成，或者完全属于某一个图像切片。
[0019]优选的，步骤2包括：
[0020]步骤2
‑
1，使用CGAL(Computational Geometry Algorithms Library)计算几何算法库计算每个轮廓的直骨架，如果轮廓包含内部子轮廓，则将子轮廓作为洞处理。
[0021]步骤2
‑
2，分别计算直骨架的外部轮廓顶点和内部骨架顶点的三维坐标。
[0022]优选的，步骤2
‑
2中计算直骨架的外部轮廓顶点包括：外部轮廓顶点a
i,j,k
的三维坐标计算公式如下：
[0023][0024]其中a
i,j,k
表示图像slice
i
的下标为(j,k)的像素点，其三维空间中的坐标为(x
i,j,k
,y
i,j,k
,z
i,j,k
)。(X
x
,X
y
,X
z
)分别表示图像slice
i
的X轴与三维空间中的x,y,z轴夹角的余弦，(Y
x
,Y
y
,Y
z
)分别表示图像slice
i
的Y轴与三维空间中的x,y,z轴夹角的余弦。(S
x
,S
y
,S
z
)表示图像slice
i
的第一个像素在空间中的三维坐标。(p
x
,p
y
)分别表示图像slice
i
的X,Y轴像素间距。
[0025]优选的，步骤2
‑
2中计算内部骨架顶点的三维坐标包括：
[0026]步骤2
‑2‑
1，已知某内部顶点在图像平面内的下标为(j,k)，通过与外部轮廓顶点相同的方式计算获得三维空间中x,y坐标；
[0027]步骤2
‑2‑
2，计算骨架顶点在三维空间的z轴坐标。
[0028]优选的，当轮廓由分别属于两个图像切片的子轮廓拼接而成时，步骤2
‑2‑
2包括：
[0029]计算每一个骨架顶点到两个切片的轮廓顶点的最短路径，若某个骨架顶点到两个切片的轮廓顶点的最短路径大小分别为l0,l1，则该骨架顶点的z轴坐标计算公式如下：
[0030][0031]其中h0,h1分别表示切片slice0,slice1的高度。
[0032]优选的，若轮廓完全属于某一个图像切片时，步骤2
‑2‑
2包括：计算所有骨架顶点到轮廓顶点最短路径的最大值，记为l
max
，对于每一个骨架顶点，若其到轮廓顶点的最短路径为l，则该骨架顶点的z轴坐标计算公式如下：
[0033][0034]其中i表示该轮廓属于切片slice
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，其特征在于：包括：步骤1，对于待重建的DICOM医学图像数据集，计算相邻两层图像切片之间的互不重叠部分的轮廓，将每个轮廓及其包围的子轮廓按照相应顺序排列；步骤2，计算每个轮廓的直骨架，并分别计算直骨架的外部轮廓顶点和内部骨架顶点的三维坐标；步骤3，对直骨架每个面对应的多边形进行表面积之和最小的三角剖分；步骤4，重复执行步骤1
‑
3，完成所有图像三维重建。2.根据权利要求1所述的一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，其特征在于，步骤1包括：步骤1
‑
1，读取相邻两层图像切片数据，分别记为slice0和slice1；所述图像切片数据为图像灰度值；步骤1
‑
2，将图像灰度值变换到真实CT值，计算公式如下：slice
i
＝slice
i
×
slope
i
+intercept
i
其中i＝0，1，slope
i
，intercept
i
分别表示DICOM图像i所存储的重新缩放斜率和截距；步骤1
‑
3，对变换为CT值的图像切片slice0和slice1进行阈值分割，对阈值分割后的图像进行轮廓检测，并对检测到的轮廓顶点按照包含关系进行排序。3.根据权利要求2所述的一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，其特征在于，步骤1
‑
3包括：步骤1
‑3‑
1，设置待重建部位的CT值的上下界[lower，upper]，根据所述CT值的上下界[lower，upper]分别对变换为CT值的图像切片slice0和slice1进行第一次阈值分割，将像素值位于[lower，upper]之间的像素的数值设为1，在此范围之外的像素值设置0；将第一次阈值分割后的两个图像对应像素相加，此时像素值为1的像素即为恰好属于某一个切片图像的部位，与之对应的像素值为0的像素不属于任何一个切片部位，而像素值为2的像素同时属于两个切片部分；步骤1
‑3‑
2，对相加后的图像进行第二次阈值分割，设置像素值恰好为1的像素的数值为255，其余像素的数值为0；步骤1
‑3‑
3，使用OpenCV对第二次阈值分割后的图像进行轮廓检测，每个轮廓对应一组环形排列的像素点，将最外层轮廓按照顺时针顺序排列，如果外层轮廓内部存在子轮廓，则将其包围的子轮廓按照逆时针顺序排列；所述轮廓包括两种：由分别属于两个图像切片的子轮廓拼接而成，或者完全属于某一个图像切片。4.根据权利要求3所述的一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2
‑
1，使用CGAL计算几何算法库计算每个轮廓的直骨架，如果轮廓包含内部子轮廓，则将子轮廓作为洞处理；步骤2
‑
2，分别计算直骨架的外部轮廓顶点和内部骨架顶点的三维坐标。5.根据权利要求4所述的一种基于轮廓检测和直骨架的DICOM医学图像三维重建方法，其特征在于，步骤2
‑
2中计算直骨架的外部轮廓顶点包括：外部轮廓顶点a
i，j，k
的三维坐标计算公式如下：
其中a
i，j，k
表示图像slice
i
的下标为(j，k)的像素点，其三维空间中的坐标为(x
i，j，k
，y
i，j，k
，z
i，j，k
)；(X
x
，X
y
，X
z
)分别表示图像slice
i
的X轴与三维空间中的x，y，z轴夹角的余弦，(Y
x
，Y
y
，Y
z
)分别表示图像s...

【专利技术属性】
技术研发人员：路通，孟伟光，计宁翔，朱倩秋，
申请(专利权)人：南京晨伟医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：