基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于医学重建应用领域，特别涉及一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法及装置。克服利用现有造影方法不能有效分割非造影区域的静动脉及现有造影方法存在潜在毒性与无法作用于下腔静脉等问题。首先将腹部图像进行分割获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图并建立三维模型，然后导入静脉和动脉骨架与三维模型进行配准定位及骨架微调，之后根据静脉和动脉骨架所对应的图像像素位置进行前景点和背景点标注，并对掩膜处理后的序列图像进行图像分割，获得分开后的静脉二值图和动脉二值图并重建模型。装置相应包括预处理单元、骨架配准单元、分割单元及后处理单元。本发明专利技术可实现血管主干及其分支的区分，减少交互操作，提高分割效率。

【技术实现步骤摘要】
基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法及装置
本专利技术属于医学重建及应用领域，特别涉及一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法及装置。
技术介绍
目前，基于医学影像的可视化三维重建技术在泌尿外科已经得到广泛应用，通过医学数据的三维重建技术有助于明确肾蒂及血管的解剖变异情况，有利于提高术中处理效率和安全性。为了使血管能够更加清晰可见，常常需要经动脉或静脉注射造影剂再进行数据扫描，造影后的图像中被造影区域的灰度值较高，但是邻近区域会因造影剂的影响而变得模糊，造成该区域内动脉和静脉分割困难；同时，造影剂也存在潜在毒性作用，如果使用不当，会造成不良后果。根据文献报道，造影剂不良反应的发生率在0.5％～13％之间。因此，根据实际情况减少造影剂的使用可减少不良反应的发生。另一方面，现有的造影只能进行动脉血管及肾静脉造影，而无法进行下腔静脉造影，常用人工分割的方法进行分割，耗时耗力且无法保证准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法及装置，针对非造影图像进行下腔静脉和腹主动脉的分割及建模，克服利用现有造影方法不能有效分割非造影区域的静动脉及现有造影方法存在潜在毒性与无法作用于下腔静脉等问题。本专利技术的技术方案是提供一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：(1)获取下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；(1.1)将腹部CT图像进行预处理，获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图；其中腹部CT图像为未注射造影剂的图像；(1.2)根据获取的二值图，建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；(2)将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架分别导入三维模型中，进行配准定位；(2.1)创建下腔静脉和腹主动脉骨架，并将下腔静脉和腹主动脉骨架导入步骤(1)建立的三维模型中；(2.2)将下腔静脉和腹主动脉骨架与三维模型进行配准定位，并对下腔静脉和腹主动脉骨架局部微调，使得下腔静脉骨架全部位于下腔静脉血管内部，腹主动脉骨架全部位于腹主动脉血管内部；(3)获得分开的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；(3.1)根据腹部CT图像与包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图，获得掩膜序列图像；(3.2)根据三维点与像素的对应关系，获取下腔静脉骨架与腹主动脉骨架位置对应的图像像素位置；根据下腔静脉和腹主动脉骨架所对应的图像像素位置，在掩膜序列图像中，将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为前景点和背景点；或将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为背景点和前景点；(3.3)对标注后的掩膜序列图像采用图割算法进行分割，获得分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；(4)获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型；对包含下腔静脉的二值图和包含腹主动脉的二值图分别重建模型，获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型。进一步地，步骤(1.1)的步骤具体为：(1.11)判断腹部CT图像的范围是否超过包含有下腔静脉和腹主动脉区域，若超过，则进行剪裁处理，得到包含下腔静脉和腹主动脉区域的序列图；(1.12)根据阀值分割法或聚类、滤波、小波变换一种或几种方法的算法对序列图进行数据二值化处理，得到包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图。进一步地，步骤(1.2)中：使用等值面重建方法，根据二值图建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型。进一步地，步骤(2.1)中根据下述方法创建下腔静脉和腹主动脉骨架：根据公开的数字化可视人体数据库中CT数据进行腹部下腔静脉和腹主动脉血管模型的中心线提取，并在所得到的中心线上，将中心线转为点线连接的质点弹簧模型，分别建立静脉骨架和动脉骨架。进一步地，步骤(2.2)具体为：(2.21)分别确定下腔静脉骨架和腹主动脉骨架的多个初始固定点；(2.22)在三维模型上选取与初始固定点对应的点；将初始固定点与三维模型上选取的点进行点配准；(2.23)配准后，分别移动下腔静脉骨架和腹主动脉骨架上的活动点位置进行调节，使得下腔静脉骨架上的所有点和腹主动脉骨架上的所有点分别位于下腔静脉血管与腹主动脉血管内部。进一步地，步骤(2.22)中点配准采用主成分分析法来实现，通过将三维模型上的选取点作为固定点，骨架上选取的初始固定点作为移动点，通过计算得到骨架的旋转及平移矩阵，然后就对骨架进行刚性移动。进一步地，步骤(3.1)中将包含下腔静脉和腹主动脉区域的序列图与包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图进行乘运算，获得掩膜序列图像。进一步地，步骤(3.3)中：图割算法是基于灰度统计采样的方法，通过建立各个像素点与前景、背景相似度的赋权图，然后求解最小切割区分前景和背景。进一步地，步骤(4)中采用等值面重建方法获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型。本专利技术还提供一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的装置，其特殊之处在于：包括预处理单元、骨架配准单元、分割单元及后处理单元；预处理单元用于对腹部CT图像预处理，获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图及下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；骨架配准单元用于将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架分别导入三维模型中，将下腔静脉和腹主动脉骨架与三维模型进行配准定位；分割单元用于根据下腔静脉和腹主动脉骨架所对应的图像像素位置，在掩膜序列图像中，进行前景点和背景点标注，并对标注后的掩膜序列图像进行分割，获得分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；后处理单元用于对分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图分别重建模型，获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型。进一步地，预处理单元包括剪裁图像单元、二值化单元及重建单元；剪裁图像单元用于剪裁腹部CT图像；二值化单元用于根据剪裁图像单元的输出图像获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图；重建单元用于根据获取的二值图，建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；骨架配准单元包括导入骨架单元、点配准单元及预植入骨架单元；预植入骨架单元中包括下腔静脉和腹主动脉骨架；导入骨架单元用于将下腔静脉和腹主动脉骨架导入三维模型中；点配准单元用于将下腔静脉和腹主动脉骨架与三维模型进行配准定位，并对配准后的下腔静脉和腹主动脉骨架局部位置进行调整；分割单元包括图像掩膜单元、位置获取单元及图割计算单元；图像掩膜单元用于根据腹部CT图像与包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图获得掩膜序列图像；位置获取单元用于根据下腔静脉和腹主动脉骨架所对应的图像像素位置，在掩膜序列图像中，将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架标注为前景点和背景点；图割计算单元用于对标注后的掩膜序列图像采用图割算法进行分割，获得分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图。本专利技术还提供一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的系统，包括处理器及存储器，其特殊之处在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)获取下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；/n(1.1)将腹部CT图像进行预处理，获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图；其中腹部CT图像为未注射造影剂的图像；/n(1.2)根据获取的二值图，建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；/n(2)将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架分别导入三维模型中，进行配准定位；/n(2.1)创建下腔静脉和腹主动脉骨架，并将下腔静脉和腹主动脉骨架导入步骤(1)建立的三维模型中；/n(2.2)将下腔静脉和腹主动脉骨架与三维模型进行配准定位，并对下腔静脉和腹主动脉骨架局部微调，使得下腔静脉骨架全部位于下腔静脉血管内部，腹主动脉骨架全部位于腹主动脉血管内部；/n(3)获得分开的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；/n(3.1)根据腹部CT图像与包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图，获得掩膜序列图像；/n(3.2)根据三维点与像素的对应关系，获取下腔静脉骨架与腹主动脉骨架位置对应的图像像素位置；根据下腔静脉和腹主动脉骨架所对应的图像像素位置，在掩膜序列图像中，将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为前景点和背景点；或将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为背景点和前景点；/n(3.3)对标注后的掩膜序列图像采用图割算法进行分割，获得分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；/n(4)获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型；/n对包含下腔静脉的二值图和包含腹主动脉的二值图分别重建模型，获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)获取下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；
(1.1)将腹部CT图像进行预处理，获取包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图；其中腹部CT图像为未注射造影剂的图像；
(1.2)根据获取的二值图，建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型；
(2)将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架分别导入三维模型中，进行配准定位；
(2.1)创建下腔静脉和腹主动脉骨架，并将下腔静脉和腹主动脉骨架导入步骤(1)建立的三维模型中；
(2.2)将下腔静脉和腹主动脉骨架与三维模型进行配准定位，并对下腔静脉和腹主动脉骨架局部微调，使得下腔静脉骨架全部位于下腔静脉血管内部，腹主动脉骨架全部位于腹主动脉血管内部；
(3)获得分开的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；
(3.1)根据腹部CT图像与包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图，获得掩膜序列图像；
(3.2)根据三维点与像素的对应关系，获取下腔静脉骨架与腹主动脉骨架位置对应的图像像素位置；根据下腔静脉和腹主动脉骨架所对应的图像像素位置，在掩膜序列图像中，将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为前景点和背景点；或将下腔静脉骨架和腹主动脉骨架对应的像素位置分别标注为背景点和前景点；
(3.3)对标注后的掩膜序列图像采用图割算法进行分割，获得分开后的下腔静脉的二值图和腹主动脉的二值图；
(4)获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型；
对包含下腔静脉的二值图和包含腹主动脉的二值图分别重建模型，获得分开后的下腔静脉三维模型和腹主动脉三维模型。


2.根据权利要求1所述的基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，步骤(1.1)的步骤具体为：
(1.11)判断腹部CT图像的范围是否超过包含有下腔静脉和腹主动脉区域，若超过，则进行剪裁处理，得到包含下腔静脉和腹主动脉区域的序列图；
(1.12)根据阀值分割法或聚类、滤波、小波变换一种或几种方法的算法对序列图进行数据二值化处理，得到包含下腔静脉和腹主动脉区域的二值图。


3.根据权利要求2所述的基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，步骤(1.2)中：使用等值面重建方法，根据二值图建立下腔静脉和腹主动脉连接在一起的三维模型。


4.根据权利要求2所述的基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，步骤(2.1)中根据下述方法创建下腔静脉和腹主动脉骨架：
根据公开的数字化可视人体数据库中CT数据进行腹部下腔静脉和腹主动脉血管模型的中心线提取，并在所得到的中心线上，将中心线转为点线连接的质点弹簧模型，分别建立静脉骨架和动脉骨架。


5.根据权利要求4所述的基于骨架引导的分割下腔静脉和腹主动脉的方法，其特征在于，步骤(2.2)具体为：
(2.21)分别确定下腔静脉骨架和腹主动脉骨架的多个初始固定点；
(2.22)在三维模型上选取与初始固定点对应的点；将初始固定点与三维模型上选取的点进行点配准；
(2.23)配准后，分别移动下腔静脉骨架和腹主动脉骨架上的活动点位置进行调节，使得下腔静脉骨架上的所有点和腹主动脉骨架上的所有点分别位于下腔静脉血管与腹主动脉血管内部。


6.根据权利要求5所述的基于骨架引导的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马睿佳，卢秉恒，王晶，于颖，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61