【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医学图像处理，具体涉及一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法及系统。
技术介绍
1、近年来，女性乳腺癌的发病率越来越高，导致乳腺癌成为女性最常见的恶性肿瘤之一。作为一种治疗手段，保留乳头、乳晕的乳房切除既能实现肿瘤切除的安全性，又可达到乳房美学外观。为了达到假体重建乳房的对称性，术中选择大小合适的假体非常重要，因此术前乳房相关体积测量对于乳房重建手术具有重要指导意义。目前用于乳房体积测量的方法有很多种，如公式法、阿基米德法、乳腺x线片法、三维扫描法、磁共振成像(magneticresonance imaging，mri)法等。与其他方法相比，mri法测量乳房体积最准确。
2、目前主流的利用mri图像测量乳房相关体积的方法包括以下步骤：1)医生在术前对患者胸部进行磁共振成像检查，将获取的图像以dicom医学图像格式导入图像处理软件；2)软件解析dicom格式，对乳房进行三维重建；3)医生手动标注出乳房中乳腺部分的轮廓，或者通过手动调节上下核磁信号阈值提取乳腺部分轮廓；4)依据得到的乳腺轮廓，软件自动计算乳腺区域体积，即为乳房假体的估算体积。这个过程可以看出，主流方法依赖对乳腺区域的手动标注，在实际操作中费时费力，而且容易因为切片方向问题产生误差。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法及系统，借助计算机图像处理技术，利用乳房mri图像的形态先验知识，针对胸部磁共振三维图像自动提取乳腺区域，并估算
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，包括以下步骤：
3、步骤1，读取dicom格式胸部磁共振成像mri的三维图像数据；
4、步骤2，依据先验知识对胸部mri三维图像进行剪切，取出左胸、右胸两块区域，并对单个乳房三维图像进行高斯模糊处理；
5、步骤3，使用图像处理算法去除乳房三维图像中的乳房外皮区域；
6、步骤3.1，利用探针算法标记乳房外皮边缘上的点；
7、步骤3.2，使用差分算子计算左、右胸乳房三维图像在在x、y、z轴三个方向的偏导数，求出三维图像中每一个体素所在位置的梯度大小与方向；
8、步骤3.3，基于步骤3.1检测到的乳房外皮边缘面的点制作掩码图，标记需要消除的乳房外皮区域；
9、步骤3.4，基于步骤3.2得到的梯度图像，利用步骤3.3中的掩码图去除三维图像中的乳房外皮区域；
10、步骤4，利用优化后的三维非极大值抑制算法对去除乳房外皮区域的三维图像进行处理，使得乳腺组织的轮廓线更加清晰；
11、步骤5，从x轴、y轴、z轴的正负共六个方向对经过非极大值抑制处理的三维图像实施探针算法，记录所有检测到的边缘点，得到乳腺完整三维轮廓，依据乳腺轮廓对乳腺区域进行填充，计算填充总共占据的体素数量，得到乳腺结构的体素体积；
12、步骤6，根据步骤5计算的体素体积与体素间距计算得到最终的乳腺体积。
13、而且，所述步骤1中读取胸部mri图像集中的“t1_fl3d_tra_dynaviews_spair_1+6”数据，该数据以三维数组形式存放了mri信号构成的三维图像，每个数组元素表示一个体素，将其转化为python数组格式存储，并记录三个方向上体素的间距，其中x轴从身前指向身后，y轴从左臂指向右臂，z轴从头顶指向脚底。
14、而且，所述步骤2中依据左、右胸在胸部mri图像中所在大致位置的先验知识对mri三维图像进行剪切，取出左胸、右胸两块区域，根据乳房的对称性，对右胸区域进行水平翻转，并裁剪掉图像中与乳房无关的其他器官信号，得到完整的乳腺区域，对裁剪得到的左、右胸乳房三维图像进行高斯模糊处理，以消除mri噪声的影响。
15、而且，所述步骤3.1中针对高斯模糊处理后的单个乳房三维图像，在yz平面间隔取样，对于每一组y、z，将x的值从小到大逐个遍历体素值，等价于从身前向身后的方向伸出探针，标记并记录第一个体素值超过预设阈值δ的体素点，由此得到一个yz平面上的二维数组，每个元素记录该位置第一个超过阈值δ的x坐标，这些标记的体素点即为乳房外皮边缘面上的点。
16、而且，所述步骤3.2中在高斯模糊处理后的单个乳房三维图像上，首先利用差分算子得到x、y、z轴三个方向的偏导数三维图像dx、dy、dz，然后由三幅偏导数图像计算梯度数值三维图像。差分算子设定为在对应方向上三个相邻体素分别为-1、0、1，其余值全部为0的三维矩阵，则x、y、z轴差分算子表示为：
17、
18、
19、
20、由三幅偏导数图像计算梯度数值三维图像，则在坐标(i,j,k)处点的梯度gradi,j,k计算方式为：
21、
22、式中，a表示mri图像的三维数组，i、j、k表示坐标，dx、dy、dz表示由差分算子作用于a求出的三个偏导数三维数组。
23、对三个偏导数进行归一化的向量即为梯度的方向单位向量，体素所在位置的梯度方向标志着信号增减最快的方向，与该体素的信号等势面正交。
24、而且，所述步骤3.3中设定乳房外皮区域的厚度为κ，基于乳房外皮边缘面上的点制作掩码图，标记需要消除的乳房外皮区域，掩码计算公式如下：
25、
26、式中，y为计算得到的掩码图信号值大小，d表示点到乳房外皮边缘面的距离。
27、掩码图中，乳房外皮边缘面上的点对应的y为1，其他位置处的点经过d距离线性衰减至0。
28、而且，所述步骤3.4中对乳房的梯度图像中乘以消除系数β，以去除三维图像中的乳房外皮区域。
29、消除系数的计算方式如下：
30、β＝1-y (6)
31、式中，y为掩码图中的信号值。
32、而且，所述步骤4中优化后的三维非极大值抑制算法采用如下计算方式：
33、u0＝n0 (7)
34、u1＝n1-u0 (8)
35、u2＝n2-u0 (9)
36、u3＝n3-n1-u2 (10)
37、u4＝n4-u0 (11)
38、u5＝n5-n1-u4 (12)
39、u6＝n6-n2-u4 (13)
40、u7＝n7-n3-n5+n1-u6 (14)
41、r＝u0+dz×u1+dy(u2+dz×u3)+dx(u4+d本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤1中读取胸部MRI图像集的“t1_fl3d_tra_dynaVIEWS_spair_1+6”数据，该数据以三维数组形式存放了MRI信号构成的三维图像，每个数组元素表示一个体素，将其转化为python数组格式存储，并记录三个方向上体素的间距，其中X轴从身前指向身后，Y轴从左臂指向右臂，Z轴从头顶指向脚底。
3.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤2中依据左、右胸在胸部MRI图像中所在大致位置的先验知识对MRI三维图像进行剪切，取出左胸、右胸两块区域，根据乳房的对称性，对右胸区域进行水平翻转，并裁剪掉图像中与乳房无关的其他器官信号，得到完整的乳腺区域，对裁剪得到的左、右胸乳房三维图像进行高斯模糊处理，以消除MRI噪声的影响。
4.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.1中针对高斯模糊处理后的单个乳房三
5.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.2中在高斯模糊处理后的单个乳房三维图像上，首先利用差分算子得到X、Y、Z轴三个方向的偏导数三维图像dx、dy、dz，然后由三幅偏导数图像计算梯度数值三维图像；差分算子设定为在对应方向上三个相邻体素分别为-1、0、1，其余值全部为0的三维矩阵，则x、y、z轴差分算子表示为：
6.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.3中设定乳房外皮区域的厚度为κ，基于乳房外皮边缘面上的点制作掩码图，标记需要消除的乳房外皮区域，掩码计算公式如下：
7.如权利要求6所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.4中对乳房的梯度图像中乘以消除系数β，以去除三维图像中的乳房外皮区域；消除系数的计算方式如下：
8.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤4中优化后的三维非极大值抑制算法采用如下计算方式：
9.如权利要求1所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤5中对Y轴正方向伸出探针是在XZ平面间隔取样，对于每一组X、Z，将Y的值从小到大逐个遍历体素值，等价于从左臂指向右臂方向伸出探针，标记并记录第一个体素值超过预设阈值γ的体素点，由此得到一个XZ平面上的二维数组，每个元素记录该位置第一个超过阈值γ的Y坐标；对X轴正负、Y轴负方向、Z轴正负共五个方向伸出探针的操作与上述Y轴正方向伸出探针的操作方法类似，记录六个方向检测到的所有边缘点，得到乳腺完整三维轮廓，依据乳腺轮廓对乳腺区域进行填充，计算填充总共占据的体素数量，得到乳腺结构的体素体积。
10.一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的系统，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的程序指令执行如权利要求1-9任一项所述的一种基于乳腺MRI影像自动估算乳腺体积的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤1中读取胸部mri图像集的“t1_fl3d_tra_dynaviews_spair_1+6”数据，该数据以三维数组形式存放了mri信号构成的三维图像，每个数组元素表示一个体素，将其转化为python数组格式存储，并记录三个方向上体素的间距，其中x轴从身前指向身后，y轴从左臂指向右臂，z轴从头顶指向脚底。
3.如权利要求1所述的一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤2中依据左、右胸在胸部mri图像中所在大致位置的先验知识对mri三维图像进行剪切，取出左胸、右胸两块区域，根据乳房的对称性，对右胸区域进行水平翻转，并裁剪掉图像中与乳房无关的其他器官信号，得到完整的乳腺区域，对裁剪得到的左、右胸乳房三维图像进行高斯模糊处理，以消除mri噪声的影响。
4.如权利要求1所述的一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.1中针对高斯模糊处理后的单个乳房三维图像，在yz平面间隔取样，对于每一组y、z，将x的值从小到大逐个遍历体素值，等价于从身前向身后的方向伸出探针，标记并记录第一个体素值超过预设阈值δ的体素点，由此得到一个yz平面上的二维数组，每个元素记录该位置第一个超过阈值δ的x坐标，这些标记的体素点即为乳房外皮边缘面上的点。
5.如权利要求1所述的一种基于乳腺mri影像自动估算乳腺体积的方法，其特征在于：步骤3.2中在高斯模糊处理后的单个乳房三维图像上，首先利用差分算子得到x、y、z轴三个方向的偏导数三维图像dx、dy、dz，然后由三幅偏导数图像计...
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