專利名稱：一種自動生成肝臟3d圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理領(lǐng)域，尤其涉及圖形測量和處理技術(shù)，特別是一種自動生成肝臟 3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法。
背景技術(shù)：
隨著精準(zhǔn)肝切除和活體肝移植時代的到來，精確進(jìn)行肝段手術(shù)是肝膽外科手術(shù)發(fā) 展的趨勢，手術(shù)要求對切除范圍的肝段有術(shù)前準(zhǔn)確的估計、測量。CT對肝臟體積測量的準(zhǔn)確 性已經(jīng)得到公認(rèn)，甚至被認(rèn)為是金標(biāo)準(zhǔn)。但是外科手術(shù)往往需要了解某一支門靜脈供血或 肝靜脈引流范圍肝臟體積的大小，以便于判斷當(dāng)處理這些血管后會影響到多少范圍的肝臟 血流。而由于這些肝段甚至亞段之間沒有特別的解剖分界標(biāo)志，用肉眼無法判斷每支血管 的供血、引流的肝臟范圍，不利于術(shù)前準(zhǔn)確地評估。本發(fā)明假設(shè)血管供血或引流的范圍與其 血管直徑呈正比，則肝臟內(nèi)所有的供血血管及引流血管綜合在一起便可以將整個肝臟進(jìn)行 拓?fù)鋭澐?，每支血管便都能找到屬于其支配的最大范圍肝臟實質(zhì)體積一即某支血管支配 的最大鄰域。國際上有一些關(guān)于肝臟可視化和計算機輔助診斷方面的研究(Radtke A5Nadalin S, Sotiropoulos GC, et al. Computer-assisted operative planning in adult living donor liver transplantation :a new way to resolve the dilemma of the middle hepatic vein. World J Surg 2007 ；31 175-185 ；Saito S, Yamanaka J, Miura K, et al. A novel 3D hepatectomy simulation based on liver circulation !application to liver resection and transplantation. Hepatology2005 ；41 :1297-1304 ；Radtke A, Schroeder T,Molmenti EP, et al. Anatomical and physiological comparison of liver volumes among three frequent types of parenchyma transection in live donor liver transplantation. Hepatogastroenterology 2005 ；52 :333-338 ；Ritter F, Hansen C, Dicken V, Konrad O, Preim B, Peitgen HO. Real-time illustration of vascular structures. IEEE Trans Vis Comput Graph 2006 ; 12 :877-884)，其中不少研究論文出自 德國不萊梅大學(xué)的MeVis項目研究小組，他們使用數(shù)字圖像處理和計算機圖形學(xué)開發(fā)了肝 臟可視化及三維虛擬手術(shù)軟件，并應(yīng)用到肝臟相關(guān)手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃、模擬和風(fēng)險評估中。比 如，可以動態(tài)計算切除腫瘤周圍多少范圍內(nèi)的組織對患者最有利；也可以計算活體肝移植 中可能造成的靜脈淤血范圍(如

圖1所示)。該軟件主要使用了圖像分割、血管分類、空間 最大鄰域等一系列關(guān)鍵技術(shù)，在CT斷層圖像的基礎(chǔ)上獲得肝臟的虛擬模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū) 域的方法，所述的這種方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中手術(shù)前了解肝臟體積、每支血管的供血和引 流的肝臟范圍不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，同時要解決科研人員對于研究和了解肝臟體積、每支血管的供血和弓I流肝臟范圍的手段有限的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法， 所述的方法中包括一個獲取肝臟三維CT增強圖像的過程，包括一個在所述的圖像中定位 與分割肝臟的過程，包括一個在所述的圖像中提取肝臟血管并分析其結(jié)構(gòu)的過程，包括一 個分析血管支配領(lǐng)域的過程。具體的，a)在一個肝臟三維CT增強圖像獲取的過程中，利用斷層掃描機獲得肝臟斷層圖 像，通過多排螺旋CT對比劑對人體實施增強三期動態(tài)掃描，獲得肝臟原始數(shù)據(jù)，然后對人 體注射對比劑后行常規(guī)上腹部CT增強三期動態(tài)掃描，獲得動脈、門靜脈、肝靜脈三期圖像， 將肝靜脈期圖像作為圖像后處理的原始圖像；b)在圖像中，定位與分割肝臟的過程中，首先對肝臟進(jìn)行定位，在對肝臟進(jìn)行定 位的過程中，首先用一固定的閾值TO將三維CT圖像二值化，從而生成一二值化的三維圖 像Π η，該二值化圖像中“1”表示三維CT圖像中對應(yīng)像素的灰度高于或等于給定的閾值 Τ0，“0”表示三維CT圖像中對應(yīng)像素的灰度低于的閾值Τ0，然后對Π η進(jìn)行距離變換，求 得Π η每個為“1”的體素到最近的為“0”的像素的距離，從而得到一對應(yīng)的三維距離圖 像Idist，根據(jù)肝臟是人體中體積最大的內(nèi)臟器官的解剖特征，具有最大距離dmax的像素 所在的位置0應(yīng)該位于肝臟區(qū)域之中，從而定位出肝臟的位置；在對肝臟圖像進(jìn)行分割的 過程中，首先估計肝臟的灰度范圍，以定位肝臟的、具有最大距離dmax的像素所在的位置 0為球心，以2/3*dmaX為半徑，利用該球形區(qū)域內(nèi)的圖像灰度估計肝臟的灰度范圍[Tlow， Thigh]
權(quán)利要求
1.一種自動生成肝臟3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法，其特征在于所述 的方法中包括一個獲取肝臟三維CT增強圖像的過程，包括一個在所述的圖像中定位與分 割肝臟的過程，包括一個在所述的圖像中提取肝臟血管并分析其結(jié)構(gòu)的過程，包括一個分 析血管支配領(lǐng)域的過程。
2.如權(quán)利要求1所述的自動生成肝臟3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法，其 特征在于a)在所述的獲取肝臟三維CT增強圖像的過程中，利用斷層掃描機獲得肝臟斷層圖像， 通過多排螺旋CT對比劑對人體實施增強三期動態(tài)掃描，獲得肝臟原始數(shù)據(jù)，然后對人體注 射對比劑后行常規(guī)上腹部CT增強三期動態(tài)掃描，獲得動脈、門靜脈、肝靜脈三期圖像，將肝 靜脈期圖像作為圖像后處理的原始圖像；b)在圖像中定位與分割肝臟的過程中，首先對肝臟進(jìn)行定位，在對肝臟進(jìn)行定位的過 程中，首先用一固定的閾值TO將三維CT圖像二值化，從而生成一二值化的三維圖像Ibin， 該二值化圖像中“1”表示三維CT圖像中對應(yīng)像素的灰度高于或等于給定的閾值T0，“0”表 示三維CT圖像中對應(yīng)像素的灰度低于的閾值Τ0，然后對Π η進(jìn)行距離變換，求得Π η每 個為“1”的體素到最近的為“0”的像素的距離，從而得到一對應(yīng)的三維距離圖像Idist，根 據(jù)肝臟是人體中體積最大的內(nèi)臟器官的解剖特征，具有最大距離dmax的像素所在的位置 0應(yīng)該位于肝臟區(qū)域之中，從而定位出肝臟的位置；在對肝臟圖像進(jìn)行分割的過程中，首先 估計肝臟的灰度范圍，以定位肝臟的、具有最大距離dmax的像素所在的位置0為球心，以 2/3*dmaX為半徑，利用該球形區(qū)域內(nèi)的圖像灰度估計肝臟的灰度范圍[Tlow，Thigh]T]_ow Imean W]_* I stdThigh 一 Imean+W2^Istd'其中，I_n為平均灰度，Istd為灰度標(biāo)準(zhǔn)差，W1和W2為權(quán)值參數(shù)，將該Tlow和Thigh作 為下閾值和上閾值，并對三維CT圖像進(jìn)行二值化處理，為降低噪聲的影響，在閾值處理之 前，先對三維CT圖像進(jìn)行中值濾波，由三維連通性和前面所述的定位點，得到初始的肝臟 分割結(jié)果，為提高肝臟分割的精度，利用梯度矢量場活動輪廓線模型進(jìn)一步優(yōu)化肝臟分割 的結(jié)果，首先，選擇定位肝臟的、具有最大距離dmax的像素所在的圖像為參考圖像，并以該 圖像中的初始結(jié)果作為初始輪廓線(歸一化表示為x(s)，s e
)，然后，計算出該圖像 Canny邊緣圖像f，并通過解方程二 ο"▽、 狐2+Λ2) = ο ，其中，[u(x,y), v(x,y)]為梯度矢量場w(x，y)的兩個分量，η為權(quán)值參數(shù)(0.2)，V2 為Laplacian算子，fx和fy分別為f在χ和y方向上的梯度。最后，利用初始化輪廓線和 梯度矢量場，通過迭代求解方程αχ" (8)-βχ" “ (s)+W = 0，使初始化輪廓線形變、演化 到更為精確的目標(biāo)邊緣。其中，X" (s)和χ" “ (s)為X(S)的二階和四階導(dǎo)數(shù)，α和β， 當(dāng)?shù)玫疆?dāng)前圖像中肝臟較為精確的邊緣線之后，將該結(jié)果傳遞到其相鄰的一幅圖像作為其 初始輪廓線，獲得其Carmy邊緣圖像后，去除距離初始輪廓線較遠(yuǎn)的邊緣，圖像通過層層傳 遞的處理方式，使整個肝臟的分割結(jié)果得以優(yōu)化；c)在圖像中提取肝臟血管并分析其結(jié)構(gòu)的過程中，首先根據(jù)前面分割出的肝臟區(qū)域中的圖像灰度計算一灰度閾值TvesselO · ^vesselO 工liver_mean+W3*工liver_std‘ 其中，I liver—mean 禾口 liver_std分別為肝臟區(qū)域中的圖像灰度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，W3為權(quán)值參數(shù)，將該閾值作為下閾值，對 肝臟區(qū)域圖像進(jìn)行閾值化處理，得到大部分肝臟靜脈和門靜脈，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步重新 估計提取血管的閾值T
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準(zhǔn)確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法，包括一個肝臟三維CT增強圖像獲取的過程，包括一個肝臟定位與分割的過程，包括一個肝臟血管提取及結(jié)構(gòu)分析的過程，包括一個血管支配領(lǐng)域分析的過程，通過這種拓?fù)鋭澐?，獲得各靜脈血管引流區(qū)域的體積大小，以便于外科醫(yī)生進(jìn)行肝臟手術(shù)前模擬和預(yù)估，同時還可以方便科研人員研究和了解肝臟區(qū)域血管的位置。
文檔編號G06F19/00GK102048550SQ200910198110
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者許建榮, 錢黎俊 申請人:上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院