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医学图像三维重建和可视化专利技术综述

一、引言

从上世纪70 年始,国外就开始对医学图像三维重建进行研究,到十年始取得了理论上的快速发展,并从90 年始,三维重建技术开始逐步投入临床实用中,开始出现显示三维医学图像的商品化医疗系统.例如,以色列爱尔新特公司、美国通用电气公司出产的附有基于图形工作站的医学图像可视化系统的螺旋CT 扫描设备.医学影像设备昂贵导致医学三维重建技术的研究成本高,在国内起步较晚,相关研究多偏重算法改进.

二、医学图像三维重建技术路线发展

早期由于切片之间的间距较大,研究工作集中在基于表面轮廓的面绘制方法,主要为利用断层图像的表面拟合的方法来对物体表面进行重建,如三角面片拟合方法等;而随着医疗成像设备的进一步发展,切片之间距离变小,开始出现基于体素的表面重建方法,如立方体法、移动立方体法、分解立方体法等.

但由于物体内部信息无法保留,仅适合于表面特征分明的组织或器官.

90 年始,支持硬件图像加速的机器开始提供了大规模计算能力,开始出现体绘制的方法,并由于其在体数据处理及特征信息表现方面的优势而被高度重视,开始出现直接体绘制方法;包括象空间序法,如基于光线投射的体绘制方法,但其内存开销大;混合序法,如剪切形变法;在数据域上,在原有针对原始空间数据进行三维显示的基础上,开始出现基于变换域的方法,将体数据进行变换后进行显示,如傅里叶断层投影体绘制方法等,该方法运算速度快.该时期内基于体绘制方法的理论逐渐形成,并出现了各种算法体系分支.

21 世纪以来,计算机硬件技术的飞速发展为体绘制方法的发展提供了更为广阔的空间,开始出现基于硬件加速的纹理映射体绘制方法,如二维纹理绘制方法、三维纹理绘制方法等,纹理映射技术有效的利用了图形硬件的绘制性能,可以达到模拟景物表面丰富纹理细节的目的也能大大简化建模的过程;且随着研究的不断深入化和系统化,开始出现对原有方法的各类改进及加速方法,如对基于特征的体绘制、基于光线投射的加速方法以及纹理加速方法等.另外,为了提高重建精度,现代的三维重建方法开始考虑入更多的信息,如加入深度信息、运动补偿、压缩感知等,以更加符合实际,为临床医学等提供更加有效的诊断依据.

三、专利申请量趋势和各阶段主要申请人

经过分析医学图像三维重建的专利申请量,在全球范围内医学图像三维重建技术的专利申请量总体呈上升趋势,大致发展经历了三个阶段:

第一阶段为技术储备期(1975 年到1998 年),在这一阶段国外各种医学影像设备开始投入临床,医学图像三维重建应运而生,1975 年荷兰皇家飞利浦公司在德国申请了第一个相关专利(DE2546785A).该阶段通用电气公司、东芝、飞利浦等医疗设备公司开始进行专利布局.但受制于医疗设备硬件条件以及该技术高昂的研发成本,医学图像三维重建技术未获得大的发展.国内该技术起步较晚,1990 年开始才有相关专利的申请,在该阶段仅有的7 件申请中,仅有1 件第四军医大学的申请为原创申请(CN1068670A),其余均为其他国家来华申请,即从90 年始国外公司已将目光投向中国市场.

第二阶段为高速发展期(1998 年到2006 年),随着医疗设备性能的不断提高以及计算机处理能力的提升,为医学图像三维重建技术提供了发展空间,加之开始在临床上进行应用,具有巨大的研发价值和商业潜力,专利申请量呈现大幅上升的趋势,特别是以西门子、通用、飞利浦等为代表的大型跨国企业加快了专利申请的步伐,另外,一些高校研究机构如斯坦福大学也开始投入医学图像三维重建技术的研究.

第三阶段为稳步增长期(2006 年至今),由于前期的发展积累,医学三维图像重建技术的研究不断发展成熟,从这一时期开始专利申请量平稳增长.西门子、飞利浦、东芝、通用由于起步早,积累深厚,在该领域内专利技术已遥遥领先,并将多项专利技术应用于医疗设备中,占有大部分市场份额,特别是西门子,申请量超过三百件.另外,三星、富士胶片、株式会社美蒂森也开始加大投入研发,专利申请量开始提升.

四、总结

根据以上分析可见医学图像三维重建技术越来越受到国内外企业及研究机构的重视,而国内高校和企业在该行业技术中专利布局较晚,申请量较小,还需加大研究投入力度.

医学图像论文范文结:

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