[发明专利]利用CT值赋予密度、组成成分的数字人体建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字人体建模方法，尤其是涉及数字人体建模的流程以及密 度、组成成分赋予的方法。

背景技术

数字人体模型简称数字人，是利用医学影像CT/MRI/彩色照片数据通过计算机 技术构建的体现三维解剖结构的人体模型，主要用于核医学及辐射防护等领域。人 体辐射剂量的评估是核医学及辐射防护的重要任务之一。在实际工作中，由于时间、 场地、探测器等客观条件的限制，经常无法或者不方便进行直接测量。数字人体模 型的开发给辐射防护和核医学的研究提供了一个崭新的手段，另外，数字人体模型 还将广泛应用于航天、航空、军事国防及汽车、建筑、服装、家具等相关的领域。 近些年来，表示人体全身或局部的模型在辐射防护等领域得到了广泛的应用。

在建立数字人体模型的过程中，密度和组成成分等物理属性的赋予是建立模型 非常关键的一步。然而现有的数字人体模型都是根据ICRP/ICRU报告给出的平均密 度及组成成分来赋予同一个器官或组织中的每一个体元，由于每个器官或组织都包 含大量的体元，这样使得在一个器官或组织中，各个位置的密度、组成成分都相同， 这与人体的实际解剖结构显然不符。另外，由于人体器官和组织数多于ICRP报告的 建议值，有些器官或组织不可避免的利用类似结构进行近似。而且即使不进行近似， ICRP报告建议值也是通过有限人数获得的平均值，存在一定的误差。

构建数字人体模型时，一般同时采集了人体的CT片和彩色照片两种格式的图 像数据。其中，彩色照片分辨率高，易于分割器官或组织，但没有提供密度信息， 仅仅只有颜色信息；CT片提供了器官或组织的密度和组成成分信息，但其分辨率要 比彩色照片数据低的多，不易于分割器官或组织。如果能同时使用彩色照片和CT 片来建立数字人体模型，即利用彩色照片来分割器官或组织，利用CT片来获得体元 的密度和组成成分，那将能充分利用两种数据的优势，这样建立的模型将能更为真 实的体现人体的解剖结构。

发明内容

本发明的目的在于针对现有数字人体建模方法，不能真实的反应人体的实际解 剖结构的缺点，而提出的一种利用CT值赋予密度、组成成分的数字人体建模方法， 本发明在获得同一个人体的CT片/彩色照片后，对彩色照片进行分割，标识出人体 的各个器官或组织；器官或组织的密度和组成成分由与彩色照片配准后的CT片中的 CT值经过一定的数学转换得到。本发明方法建立的数字人体模型不仅可真实的再现 人体的三维几何信息，还可真实的表示人体内部的解剖结构。

一种利用CT值赋予密度、组成成分的数字人体建模方法，其特征在于包括以 下步骤：

(1)在获取人体断层图像数据时，同时采集CT片和彩色照片两种格式的数据；

(2)分割、标识出人体的各个器官和组织：

在彩色照片上手工勾画出人体的各个器官和组织外轮廓，用不同的颜色来填 充，获得了各个器官和组织的形状、大小、在人体内的位置等几何信息；

(3)CT片和彩色照片的配准：

对CT片和彩色照片进行配准，使二者的像素相对应，配准后，根据在彩色照 片上分割出的器官和组织的外轮廓信息，获得CT片上器官和组织的外轮廓信息；

(4)获取器官或组织的密度信息：

由于CT片中的CT值与被测材料的密度和组成成分相关，从人体各器官或组织 的CT值求取各器官或组织对应的密度；

(5)获取器官或组织的组成成分信息：

假设人体某器官或组织由已知CT值、密度和组成成分的两种物质组成，分别 为(H1，ρ1，ω1)和(H2，ρ2，ω2)，其中ω1和ω2分别表示某种元素在两个组成 物质中的质量百分比，H1、H2为CT值，ρ1、ρ2为密度，令H1≤H≤H2，则可以得到 该器官或组织内某种元素质量百分比ω的表达式：