用于血管分段的方法和装置制造方法及图纸

公开了一种用于血管分段的方法。该方法包括获取表示通过兴趣区域的轴向切片的多个图像，通过定义高强度图像和低强度图像之间的边界，在肌肉区域和皮下区域之间定义筋膜层，以及确定血管的界标。计算血管的界标与筋膜层之间的皮下路径和筋膜层与界标之间的肌内路径。

Methods and devices for vascular segmentation

A method of vascular segmentation is disclosed. The method includes obtaining multiple images representing an axial slice through an area of interest, defining the fascia layer between the muscle region and the subcutaneous region, and determining the blood vessel boundary by defining the boundary between the high intensity image and the low intensity image. The subcutaneous path between the vascular landmark and the fascia layer and the intramuscular pathway between the fascia layer and the landmark were calculated.

【技术实现步骤摘要】
用于血管分段的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月19日提交的、109864号葡萄牙专利申请的优先权。
技术介绍
正如美国癌症协会所定义的那样，乳腺癌是一种起源于乳腺组织的恶性肿瘤。据估计，在2016年，美国有超过23万例新的乳腺癌病例会对女性产生影响。这表示在女性中有大约29％的新癌症病例和15％的癌症死亡病例[1]。然而，世界各地的发病率却有所不同。一般来说，发达国家的乳腺癌发病率高于发展中国家。在后者，发展中国家中，乳腺癌是癌症死亡率的最常见原因，而在前者，发达国家中，它是癌症死亡率的第二大原因，仅次于肺癌。发达国家拥有更有效的早期诊断和治疗方法，从而使死亡率(25％)低于发展中国家的死亡率(37％)。被诊断为乳腺癌的女性更有可能因害怕复发、身体形象破坏、性功能障碍和死亡率问题而遭受焦虑和抑郁的困扰[2]。乳房保守治疗方法已经显示出与乳房切除术相同的存活率[3]。然而，乳房切除术—移除胸部—仍然是一个高复发的过程，在一些机构中甚至有所增加[4-6]。这可能意味着一些病人认为切除整个乳房是一种更安全的方法来彻底消除肿瘤。乳房切除术后乳房重建的选择使这个想法更可行。重建方法允许外科医生重塑乳房形状，改善女性对自己的感觉，以及她们的乳房(单侧或双侧)切除后的形象。根据患者的国家、地区和社会经济背景，乳房重建率有很大差异[7]。所谓的腹壁下动脉穿支(DIEP)皮瓣已成为最先进的自体组织乳房再造技术[8]。DIEP皮瓣是一种乳房重建类型，其中从下腹部移除血管、所谓的深DIEP，以及与之连接的皮肤和脂肪，并转移到胸部，以在乳房切除术后重建乳房，而不牺牲任何腹部肌肉。医学成像在乳房重建技术中扮演了重要角色，因为显微外科手术开始需要进行诸如DIEP皮瓣这样的技术。这些DIEP皮瓣的生存能力与DIEP皮瓣中所包括的穿支血管(perforator)的几个特征有关[9]。术前成像允许临床医生根据临床医生提取的发现结果设计手术。从专注于那些相关特征目标提取或甚至是深层下腹动脉(DIEA)穿支血管的分段的文献中没有了解到任何算法。血管分段的例子包括WO2014/162263号国际专利申请(飞利浦)，其使用了注入造影剂后获得的血管结构的一系列时序血管造影2D图像。数据处理单元配置为针对沿着时序的多个已确定像素的胆碱(ach)，确定与造影剂的注入相关的预定特征的到达时间指数，以及基于到达时间指数针对多个已确定像素的每一个计算所谓的连通性指数(connectivityindex)。数据处理单元由多个已确定像素生成血管结构的分段数据。分段数据是基于像素的连通性指数。美国专利8,768,436(日立医疗)教导了一种处理冠状动脉区域和心肌区域的X射线CT图像的方法。这使得心肌区域的梗塞或收缩效应能够可视地识别。这些专利文献都没有教导适于DIEP的血管分段的方法，特别是用于乳房再造技术中。血管分段算法通常遵循用于不同类型血管的共同原则和假设。Lesage等人对关于三维(3D)血管分段的主要方法进行了详细的描述。
技术实现思路
本文档公开了一种用于使用多个图像进行血管分段的方法。该方法包括：获取表示通过兴趣区域的轴向切片的多个图像，如腹部，并通过定义多个图像中的高强度区域和低强度区域之间的边界在肌肉区域和皮下区域之间定义筋膜层。该方法进一步包括确定血管的第一界标，接着计算血管的界标和筋膜层之间的皮下路径，以及然后计算筋膜层和第二界标之间的肌内路径。为了有效地分段血管，所获取的多个图像中的灰度被降低以形成二进制图像，和/或而且移除图像上的伪影，诸如皮肤或其他连续特征中的空缺。皮下路径是用追踪程序来计算的。血管的中心是由所获取的多个图像中的体素(voxel)的强度变化所确定的。肌内路径是使用最小成本路径法计算的。还公开了一种用于血管分段的装置。该装置包括数据库，用于存储兴趣区域的轴向切片的多个图像，以及处理器，用于使用实施该方法的软件分析所述多个图像。附图说明图1a)和图1c)示出了在白盒内具有兴趣区域的CTA轴向切片(不相邻)；以及图1b)和图1d)示出了对应的兴趣区域，其中重要的结构或区域被标记。图2示出了本专利技术的方法的概要。图3示出了在矢状平面上的前腹解剖的表示。图4示出了原始图像(在左列中)和使用由Otsu方法(在右列中)所给出的阈值所获得的相应的分段。图5示出了图像校正方法的概要。图6示出了模块填充操作(左列)和图4中使用的示例图像的原始筋膜分段(右列)的输出。图7示出了在矢状片(左列)和相应的最后节段(右列)的初步筋膜分段。图8示出了表示通过分析局部梯度和修正措施提取步骤获得的预测的图表。图9示出了用于定位脊点的模板。图10示出了中心点修正措施，a)初始的横截面图像与梯度向量场重叠；b)内积响应；c)中心估计。图11示出了病人体(左列)的不同切片和通过将转换应用到弗朗吉(Frangi)血管概率(右列)所获得的相应的成本[16]。箭头定位肌内血管。图12示出了为了获得沿着血管的轴向横截面的线的过程的表示。v||A是v在A平面上的投影。图13示出了所用装置的轮廓。具体实施方式本文档描述了一种用于提取穿支血管(穿透器官的血管)的相关特征以及基于局部梯度的追踪程序的验证以检测穿支血管的皮下区域的方法和装置；基于A*的搜寻的验证将经转换的弗朗吉血管分段(FrangiVesselness)[16]用作成本来提取穿支血管的肌内路线。里斯本的Champalimaud基金会以医学数字成像和通信(DICOM)格式提供来自20个不同的病人的计算机断层扫描血管造影(CTA)体，并且包括若干轴向切片，例如50个或更多，取决于所需的分辨率，轴向切片被成像为垂直于病人的身体的长轴。CTA是本领域熟知的一种用于在病人的身体中视觉化动脉和静脉的技术。CTA体可以提供来自患者的整个腹部区域的信息。本文献教导了一种聚焦于前腹壁区域的方法，因为这里出现了DIEP穿支血管。图1示出了兴趣区域的一些示例，以及已有结构的标签。图1a和1c示出了在白色盒子里具有兴趣区域的CTA轴向切片(不相邻)。图1b和1d示出了相应的兴趣区域，其中标示了重要的结构或区域：1-右和左DIEA，2-腹直肌，3-皮下区域，4-皮肤组织，5-穿支血管皮下部分，6-穿支血管肌内部分。就高度而言，兴趣体开始于DIEA进入腹直肌鞘的后层的区域(见图1b)，并结束于略高于肚脐的区域。预计不会在这一截面上发现DIEA穿支血管。穿支血管(皮下和肌内)的过程由专家提供为“地真(Groundtruth)”界标—也就是直接观察到的信息。Champalimaud基金会为每一位患者提供了一份医学报告。例如，一位放射科医生对现有的穿支血管进行了描述。该描述包括穿支血管的口径(内直径)，穿支血管离开筋膜的位置，皮下路线取向和肌内路线弯曲和长度。图2示出了根据本专利技术的一个方面的方法。第一步200包括获取图像，然后要求放射科医生(例如)在步骤205通过手动选择DIEA进入腹直肌鞘的后层和每个穿支血管的端点的位置(见图3)定义兴趣体。这些代表了本公开的方法所用来计算血管的路径的界标。可以看到，在图3所示的穿支血管中有两个端点30a和30b，其形成了第一界标，而DIEA进入腹直肌鞘的后层的位置32形成了第二界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于血管分段的方法，包括：获取(200)表示通过兴趣区域的轴向切片的多个图像(115)；通过定义高强度图像和低强度图像之间的边界，在肌肉区域和皮下区域之间定义(210)筋膜层；确定所述血管的第一界标和第二界标；计算(215)所述血管的所述第一界标和所述筋膜层之间的皮下路径；以及计算(220)所述筋膜层和所述第二界标之间的肌内路径。

【技术特征摘要】
2017.01.19 PT PT1098641.一种用于血管分段的方法，包括：获取(200)表示通过兴趣区域的轴向切片的多个图像(115)；通过定义高强度图像和低强度图像之间的边界，在肌肉区域和皮下区域之间定义(210)筋膜层；确定所述血管的第一界标和第二界标；计算(215)所述血管的所述第一界标和所述筋膜层之间的皮下路径；以及计算(220)所述筋膜层和所述第二界标之间的肌内路径。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括降低所述获取的多个图像的灰度以形成二进制图像。3.根据上述权利要求的任一项所述的方法，进一步包括从所述多个图像中移除(510，560)伪影。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述图像中的所述伪影包括与皮肤有关的像素、其他连续特征的空缺...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡多·若热·特罗索·阿劳若，埃尔德·菲利普·平托·奥利维拉，
申请(专利权)人：伊耐斯克泰克计算机科学与技术系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：葡萄牙,PT