[发明专利]基于临床MRI影像建立三维乳房电磁仿真模型的方法

说明书

所属技术领域

本发明属于生物医学检测领域，涉及一种乳房电磁仿真模型

背景技术

乳腺肿瘤是女性发病率最高的恶性肿瘤疾病，死亡率居妇女恶性肿瘤死亡率之首。早期乳腺肿瘤的诊断无疑对于提高乳腺病的治疗率以及患者的远期成活率都具有决定性意义。目前常用的早期乳腺癌的检测方法包括乳腺X线摄影术、超声波影像技术、计算机断层扫描、核磁共振成像技术、热成像检测等，但诸多方法均存在一定的缺点，如对人体产生辐射伤害、成像对比度低、费用较高等。超宽带电磁波检测乳腺癌的原理在于不同生物组织对电磁波的吸收、反射及透射特性不同，使得天线发射的脉冲信号在乳腺组织中传播时所产生的电磁场能够反映恶性组织的丰富信息。同时超宽带微波信号具有辐射功率低、目标信息携载量大、提供毫米级定位和检测成本较低等优点，能作为早期乳腺检测的常规手段。目前，该技术尚处于开发阶段，研究主要基于数值模拟，但离真正实用化尚需时日。在早期的乳腺肿瘤检测研究中，采用的模型通常是较为简单的模型，例如方块模型，半球模型等。此类模型具有对称性，且未考虑乳房内部的腺体组织影响，检测时所得到的信号有很多相似性，在后期信号处理中，能够较容易地进行噪声消除。然而真实的乳房环境远比这类简单模型复杂，其中有非均匀皮肤、腺体组织、胸腔等。这些组织会对信号造成较大的散射，同时腺体会导致信号产生较大的衰减，这对信号处理及成像来说都无疑是更大的挑战。随着课题的推进，有必要在更加真实的乳房环境中进行研究，以验证各类算法在复杂环境下的适用性。

发明内容

为了更好地模拟电磁波的在乳房内部的传输情况，本发明提供一种基于临床核磁共振(MRI)影像建立三维乳房电磁波模型的方法。采用本发明提供的方法建立的乳房模型可以在形态学上真实地反映了乳房的形状以及内部组织，如脂肪、腺体、胸腔等。本发明的技术方案如下：

一种基于临床MRI影像建立三维乳房电磁仿真模型的方法：

(1)采用双三次插值法对各个乳房切片图进行拉伸处理。

(2)将经过拉伸处理后的乳房切片按照顺序堆叠起来，得到一个三维像素点的乳房数组，第三维数据对应于乳房切片相垂直方向；

(3)对乳房数组的每个横截面，先以乳房脂肪组织灰度值为界限值，进行图像二分处理；再利用canny边界识别算法进行处理，得到乳房模型的外围轮廓；

(4)对乳房组织进行离散划分，方法如下：在乳房数组内部，设定不同的阈值范围，将灰度值在同一个阈值范围内的像素点都归为某一种介质的乳房组织，经过离散处理后得到乳房模型；在乳房模型的边界处加入一层皮肤，加入方法为:沿着第(3)步中识别出的乳房模型的外围轮廓，以每个轮廓边界点为中心，将其附近的像素区域设定为皮肤；

(5)为胸腔组织设定一个界限值，采用步骤(3)的方法，得到胸腔的外围轮廓，并将乳房模型位于胸腔外围轮廓以内的部分都设定为胸腔；

(6)为步骤(4)得到的不同乳房组织赋予不同的电学特性值，建立乳房电磁仿真模型。

其中，步骤(4)中，总共可以设定了四种正常的乳房组织类别，分别为：脂肪1、脂肪2、腺体1以及腺体2，分别对应介电常数较低和较高的脂肪与腺体，将四种组织所对应的灰度值设定为：255—120、119—90、89—60以及59—30。

本发明基于医学临床MRI图建立了适用于FDTD电磁仿真的乳房模型，该模型很好地模拟了乳房轮廓以及乳房内部组织的复杂分布情形。利用本发明的方法建立的乳房模型，能够使得仿真研究在更加复杂的乳房环境中进行，以验证各类成像算法在复杂乳房环境下的适用性，并对信号处理方法、成像算法进行优化，增强算法的稳健性。

附图说明

图1医学MRI的乳房源图切片示意图。

图2乳房图像堆叠及矢状截取示意图。

图3图像堆叠后乳房的矢状图。

图4乳房垂直方向插值后的矢状图。

图5插值后乳房的某一个横截面示意图。

图6经过二值化处理后的乳房横截面。

图7canny算子识别处理后的乳房边界。

图8乳房内部与空气的边界示意图。

图9组织离散划分后乳房模型图。

图10加入了皮肤后的乳房模型图。

图11乳房模型编号示意图。

图12加入肿瘤后乳房模型的电学特性示意图。

具体实施方式