本發(fā)明涉及計算機醫(yī)學(xué)輔助，具體涉及一種基于腫瘤位置和安全距離的自動化流域分析系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，在結(jié)節(jié)手術(shù)的處理過程中，僅對結(jié)節(jié)切除是不夠的，我們還需要保證切除的結(jié)節(jié)周邊有正常的組織做緩沖，這個緩存地帶就是切緣，結(jié)節(jié)離切除的組織邊界最近的距離就是切緣。

2、切緣足夠是腫瘤不會復(fù)發(fā)的基礎(chǔ)，但是切除的越多，剩下的組織就越少，外科醫(yī)生總是在切緣足夠和保留盡量多的組織之間達到平衡，這個平衡的掌握一方面依賴于外科醫(yī)師對結(jié)節(jié)判斷的臨床經(jīng)驗和手術(shù)技巧；更很重要的方面，依賴于對個體化臨床數(shù)據(jù)的量化分析和規(guī)劃模擬和大樣本量數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)。正是在大量的循證醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)支撐下，對于肺結(jié)節(jié)的切除，發(fā)展到現(xiàn)在主要表現(xiàn)為三種形式：楔形切除，肺段切除和肺葉切除；肝腫瘤的切除也發(fā)展到精準肝段指導(dǎo)的切除方式。3d可視化技術(shù)對腫瘤安全切緣的模擬分析對于術(shù)前手術(shù)評估和規(guī)劃具有非常重要的意義和價值。

3、切緣的距離是無法通過術(shù)前的ct圖像在3d的方式下評估，唯一的測量方式就是標本取出后由外科醫(yī)師測量，同時還可以測量腫瘤直徑。有研究顯示，術(shù)前運用3d可視化技術(shù)評估肝癌或肺結(jié)節(jié)切除體積和切緣，其所重建的圖像準確、清晰、直觀，模擬結(jié)果和實際結(jié)果差異不大，在肝癌切除術(shù)前能準確了解腫瘤位置，腫瘤與周圍的毗鄰關(guān)系及肝膽管道的走行，在制定手術(shù)規(guī)劃、減少術(shù)后并發(fā)癥等方面具有一定的輔助作用。

4、在大量臨床應(yīng)用研究中，對不同臟器（肝臟、腎臟、肺葉等）的外科手術(shù)實施前，對于不同器官的進行個體化分段解剖結(jié)構(gòu)分析的分析已經(jīng)比較成熟，但是對于肝臟或肺的腫瘤進行安全切緣評估和模擬沒有比較成熟的方案，都是通過術(shù)后的病理切片進行診斷是否獲得了根治性切除。

5、在腫瘤的定位和安全切緣研究方面，針對不同器官腫瘤研究一直都有進行，從不同角度提出了相應(yīng)的解決方案，比如《病灶肺段位置的識別方法、裝置、存儲介質(zhì)及電子設(shè)備》（申請?zhí)枺篶n202111494117.6），《基于肺部支氣管樹的分段方法及定位病灶的方法》（申請?zhí)枺篶n202211190905.0），《基于肺動脈樹分級的ct圖像靶肺段識別方法》（申請?zhí)枺篶n202111636037.x），《一種用于腫瘤手術(shù)的切緣路徑生成方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)》（申請?zhí)枺篶n202210389690.9），《一種基于圖像處理的術(shù)中腫瘤切除定量確定系統(tǒng)》（申請?zhí)枺篶n202211455696.8）。這些現(xiàn)有技術(shù)方案都沒有解決在肝膽和胸肺腫瘤手術(shù)指南中提到的到腫瘤的安全切緣需要達到1cm或2cm的量化分析模擬的定量方法，基本都是在分段的基礎(chǔ)上識別相應(yīng)的目標段或區(qū)域，或者在臨床實際手術(shù)中根據(jù)表面的熒光特征來確定范圍，無法量化到指南中的明確希望的安全切緣距離。部分工作基于深度學(xué)習的方案，具有不可解釋性，尤其是如果有病人的血管存在變異的話，個體化的肝分段就有可能是7段或9段，支氣管存在變異的情況下，肺段的劃分就不是標準的18段，因此存在一定的不確定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對背景技術(shù)中所提及的技術(shù)缺陷，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于腫瘤位置和安全距離的自動化流域分析系統(tǒng)及方法，以實現(xiàn)對個體化臟器中腫瘤安全切緣的分析和模擬。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于腫瘤位置和安全距離的自動化流域分析系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、重建模塊，用于基于獲取的影像數(shù)據(jù)進行三維重建，以構(gòu)建出3d模型；其中，所述3d模型包括器官模型、管道模型和腫瘤模型；

4、設(shè)置模塊，用于以所述腫瘤模型為基礎(chǔ)分析對象，以所述器官模型為邊界，并以器官中的管道為約束條件；

5、處理模塊，用于基于輸入安全切緣的目標距離，以所述腫瘤模型作為初始模型，對所述腫瘤模型按照所述目標距離進行等距離膨脹，得到初始腫瘤安全距離模型；

6、計算模塊，用于：

7、將所述初始腫瘤安全距離模型和所述器官模型進行邏輯交操作，獲得在實質(zhì)器官內(nèi)部的腫瘤安全距離切緣球模型；

8、將所述腫瘤安全距離切緣球模型和所述管道模型進行邏輯交運算，以得出需模擬切除的分支和裁切剩余的分支，并將裁切剩余的分支部分記錄為tuber；

9、根據(jù)所述需模擬切除的分支和tuber中的末端分支進行合并處理，以得到完整的裁切管道分支；

10、將所有得到的裁切管道分支進行合并，以得到總的裁切管道分支模型；

11、模擬模塊，用于以所述器官模型為邊界，結(jié)合所述裁切剩余的分支和總的裁切管道分支模型，對所述器官模型進行voronoi圖3d劃分，獲得裁切管道分支對應(yīng)的器官裁切3d模型，將其作為所分析出的器官模擬切除范圍。

12、作為本技術(shù)的一種具體實現(xiàn)方式，所述影像數(shù)據(jù)包括薄層ct影像dicom數(shù)據(jù)，并將其導(dǎo)入至3d軟件中進行三維重建。

13、作為本技術(shù)的一種具體實現(xiàn)方式，所述將所述腫瘤安全距離切緣球模型和所述管道模型進行邏輯交運算，具體包括：計算所有的所述管道模型上面的3d表面空間點是否在所述腫瘤安全距離切緣球模型的內(nèi)部，若管道分支上的點在所述腫瘤安全距離切緣球模型的內(nèi)部，則說明該分支在安全切緣距離之內(nèi)，需要模擬切除該分支。

14、作為本技術(shù)的一種具體實現(xiàn)方式，通過標記的方式記錄需要模擬切除的分支，并分別以不同的索引值來標識不同的分支。

15、作為本技術(shù)的一種具體實現(xiàn)方式，根據(jù)所述需模擬切除的分支和tuber中的末端分支進行合并處理，以得到完整的裁切管道分支，按照如下步驟的進行處理：

16、a，對tuber中的模型進行聯(lián)通性計算，統(tǒng)計出總共有多少獨立的三維模型，找出最大頂點數(shù)量的子模型，把最大的頂點數(shù)量的和其他的獨立的三維模型分離，生成的最大頂點數(shù)量的模型是裁切后的主干模型，其余的三維模型則為裁切剩余末端分支；

17、b，對步驟a中得到裁切剩余末端分支中的每個獨立的模型，分別判斷和切緣球內(nèi)裁切分支是否相臨，如果是相臨的就合并到對應(yīng)的切緣球內(nèi)裁切分支，并從裁切剩余末端分支中刪除；

18、c，步驟b完成之后，裁切的管道分支就包括了切緣球內(nèi)部裁切的部分和這個分支被切緣球離斷的分散部分，從而得到一個完整的所述裁切管道分支。

19、第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種基于腫瘤位置和安全距離的自動化流域分析方法，應(yīng)用于第一方面所述的一種基于腫瘤位置和安全距離的自動化流域分析系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：

20、基于獲取的影像數(shù)據(jù)進行三維重建，以構(gòu)建出3d模型；其中，所述3d模型包括器官模型、管道模型和腫瘤模型；

21、以所述腫瘤模型為基礎(chǔ)分析對象，以所述器官模型為邊界，并以器官中的管道為約束條件；

22、基于輸入安全切緣的目標距離，以所述腫瘤模型作為初始模型，對所述腫瘤模型按照所述目標距離進行等距離膨脹，得到初始腫瘤安全距離模型；

23、將所述初始腫瘤安全距離模型和所述器官模型進行邏輯交操作，獲得在實質(zhì)器官內(nèi)部的腫瘤安全距離切緣球模型；

24、將所述腫瘤安全距離切緣球模型和所述管道模型進行邏輯交運算，以得出需模擬切除的分支和裁切剩余的分支，并將裁切剩余的分支部分記錄為tuber；

25、根據(jù)所述需模擬切除的分支和tuber中的末端分支進行合并處理，以得到完整的裁切管道分支；

26、將所有得到的裁切管道分支進行合并，以得到總的裁切管道分支模型；

27、以所述器官模型為邊界，結(jié)合所述裁切剩余的分支和總的裁切管道分支模型，對所述器官模型進行voronoi圖3d劃分，獲得裁切管道分支對應(yīng)的器官裁切3d模型，將其作為所分析出的器官模擬切除范圍。

28、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過建立一種從ct數(shù)據(jù)導(dǎo)入，對臟器、相對應(yīng)管狀組織和腫瘤進行三維重建獲得3d模型，以腫瘤模型為基礎(chǔ)分析對象，以器官模型為邊界，并以器官中的管道為約束條件，根據(jù)輸入的安全切緣的距離，在3d的模式下對腫瘤的安全切緣進行計算分析和模擬，從而實現(xiàn)精準手術(shù)切除中需要量化安全切緣的距離分析和自動流域分析的模擬需求。