本发明专利技术公开了一种基于三维多模影像的肝肿瘤综合手术规划模拟方法及其系统。该方法首先建立包含对象资料的数据库；再对对象的不同模式、单一模式不同期相的医学图像进行三维配准和融合；然后，对特定组织采用自动和半自动方法进行分割，并利用三维重建技术实现肝脏内及肝脏周围重要组织的三维建模，重建出具有沉浸和交互特性的腹部三维模型；之后，基于建模结果，参考诊疗指南，并结合对象资料，进行模拟前综合风险分析；最后，根据综合风险分析的结果，设计各种模拟手术方案，进行真实感强的手术模拟，规划手术路径，并对规划模拟结果进行风险和预后分析，通过反复手术模拟，可提高用户的手术技能和熟练度，并且还能进行医学教学。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医学图像处理及应用领域，具体涉及一种基于三维多模影像的肝肿瘤 综合手术规划模拟方法及其系统。本专利技术能有效地对对象腹部相关组织建模，直观显示对 象腹部虚拟环境，进行模拟手术前综合风险分析和综合手术方案规划、模拟，并对模拟结果 进行风险和预后分析。
技术介绍
肝癌是目前严重威胁世界和我国人民生命健康的全球性疾病，其诊断和治疗是当 今我国医学研究的热点和难点问题。现代医学诊疗手段和计算机技术的结合，能对肝肿瘤 准确分析，可以在术前进行各种手术模拟和风险分析，规划合理的个性化的手术方案。德国Bremen大学开发的用于肝脏移植和肝切除的桌面虚拟手术模拟系统 (H. Bourquain, A. Schenk, F. Link，et al.，HepaVision2_A softwareassistant for preoperative planning in living-related liver transplantation andoncologic liver surgery, Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS)，2002 :341-346)，可 标记出被肝肿瘤安全区域所影响的血管结构及其所分布的肝脏组织，将这部分作为风险区 域并计算体积大小，进行肝切除手术的风险分析和手术规划，还可利用交互方式进行肝切 除手术的模拟，并能预测术后肝功能损害程度；奥地利Gut大学开发出一套基于增强现实 的虚拟肝脏手术规划系统，配有虚拟头盔和相应的跟踪设备，用户可完全沉浸在虚拟空间 进行交互操作，利用该系统不仅可以模拟基于肝叶、肝段的规则肝切除，还可以模拟采用 基于一个或多个平面、边界肝肿瘤挖除和基于形变曲面等方式的不规则肝切除(Bernhard Reitinger, Alexander Bornik， Reinhard Beichel， et al. ， Liver surgery planning using virtual reality, ComputerGraphics and Applications，IEEE. 2006,26 (6) 36-47)。Fujimoto J等开发出一套基于CT图像的三维肝切除仿真系统，可对肝移植术进 行术前分析禾口模拟(Fujimoto J，Yamanaka J，Liver resection and transplantation using a novel 3Dhepatectomy simulation system, Advances in Medical Sciences， 2006,51 :7-14)。Mimdeleer等开发应用基于CT成像的三维重建技术引导射频消融技术治 疗月干脏月中瘤(Laurent Mundeleer, David Wikler, Thierry Leloup, et al. , Development of a computer assisted system aimed at RFA liver surgery, Computerized Medical Imaging and Graphics. 2008,32(7) :611-621) 南方医科大学根据CT数据对腹腔血管 系统和肝脏进行三维重建，并利用力反馈器械进行肝脏虚拟切割(朱新勇，方驰华，鲍苏 苏，等。基于64排螺旋CT扫描数据三维肝脏手术仿真的研究。中华外科杂志，2008，46: 27-29)。由厦门大学、福建医科大学第一附属医院等联合研制的数字化虚拟肝脏以及手术 计划系统可基于CT图像数据精确定位肝占位、模拟虚拟肝脏手术仿真并预测术后肝功能 损害程度(专利文献“基于数字化虚拟器官的肿瘤图像信息处理装置与处理方法”，公开号 为CN1801214)。华中科技大学在“基于三维影像的肝癌计算机辅助诊断与手术规划技术”中利用腹部CT数据实现了肝肿瘤的分割、肝脏的分割和分段、血管的增强与分割、细化和 三维建模，并通过分析和计算肝脏体积、血管拓扑结构等信息辅助肝癌的手术规划。专利文 献“一种肝门静脉血管树建模方法及其系统”(公开号为CN101393644)公开了一种利用血 管结构数据建立血管中心线模型的方法；专利文献“一种基于CT图像的肝脏分段方法及其 系统”(公开号为CN101425186A)公开了一种基于肝门静脉分支走向的肝脏分段方法。上述研究只考虑了单一的成像模式(CT成像)，难以准确反映肝肿瘤的实际状况， 并且，只针对某些方面进行手术规划模拟(主要是肝肿瘤切除术)，而且在虚拟切割的实现 上也主要是采用基于肝叶、肝段的规则肝切除技术，对于常见的综合治疗手段的术前综合 分析及手术规划和模拟研究较少涉及，缺乏有效的技术对模拟前综合手术方案进行风险和 预后的综合分析。肝肿瘤模拟手术前的风险分析需要计算的参数主要包括肝脏体积、各肝段占 总肝体积比例和肝肿瘤直径、体积、数目、与周围重要血管和组织的距离(参见《临床诊疗指南-消化系统疾病分册》及BernhardReitinger，Virtual Liver SurgeryPlanning !Simulation of Resections using VirtualReality Techniques, doctoral dissertation, Institution, for Computer Graphics andVision, Graz University, of Technology,2005)。在医学图像的配准和融合方面，已有研究者提出各种三维配准和融合的方法， 如，Frederik Maes等采用基于最大互信息的多分辨率方法对腹部医学图像进行三维配 准(参见 Frederik Maes, Dirk Vandermeulen, PaulSuetens, Comparative evaluaion of multiresolution optimization strategies formultimodality image registration by maximization of mutual information. Medical Image Analysis,1999，3(4) 373-386)，S. G. Nikolov等利用三维小波变换的方法进行三维融合(参见S. G. Nikolov, D. R. Bull, C. N. Cangarajah, et al.，Image fusion using a 3-d wavelet transform， Seventh International Conferenceon Image Processing and Its Applications， 1999，1:235-239)。在医学图像的分割方面，许多研究者提出了自动或半自动的分割方 法，如，kong-Jae Lim等基于CT图像提出一种自动分割算法(参见kong-Jae Lim, Yong-YeonJeong, Chil—Woo Lee, et al. , Automatic Segmentation of the Liver本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于三维多模影像的肝肿瘤综合手术规划模拟方法，其步骤包括：（１）建立数据库：数据库用于存储对象的基本信息，包括姓名、性别、年龄、病史、生化检查信息、医学图像和影像检查结果，提供肝肿瘤手术方案规划模拟所需要的特征和信息，用于模拟手术前的风险分析和模拟结果的分析；（２）三维配准和融合：从数据库中提取对象的医学图像，进行不同模式、单一模式不同期相图像之间的三维配准和融合，得到配准和融合后的医学图像；（３）三维建模：利用配准和融合后的医学图像，建立对象的腹部三维模型，其过程为：（３．１）分割腹部相关组织：根据对象的医学图像特点，分割出用于模拟手术前综合风险分析以及模拟手术规划、模拟和模拟结果分析时所涉及的组织，包括肝脏、肝肿瘤、肝部各套血管结构；（３．２）建立血管结构模型：利用三维拓扑细化的方法提取分割得到的血管结构数据的中心线，并建立中心线模型，显示血管各分支结构并提供中心线上每点的管径，所述血管结构包括肝动脉、肝静脉、肝门静脉，通过该中心线模型获取血管结构各点的管径、各分支的方向及各分支间的夹角；（３．３）建立肝脏的分段模型：采用基于肝门静脉分支走向的肝脏分段方法得到肝脏的分段模型；（３．４）建立腹部三维模型：采用三维重建技术，重建出步骤（３．１）、（３．２）和（３．３）处理得到的数据，直观显示肝脏、各肝段、肝部各套血管、肝肿瘤的大小、位置以及与其它相关组织的关系，建立腹部三维模型；（４）分析模拟手术前综合风险：利用数据库中的资料和步骤（３）中所得到的建模结果，通过计算机计算肝脏、肝肿瘤和血管结构的各种相关参数，包括肝脏体积、各肝段占总肝体积比例和肝肿瘤直径、体积、数目、与周围重要血管和组织的距离；（５）利用模拟手术前综合风险分析的结果，基于对象的腹部三维模型，进行模拟手术方案设计、手术模拟及模拟结果分析，模拟规划手术路径，并对模拟设计的结果进行风险和预后分析，通过反复的手术模拟，提高用户的手术技能和熟练度，并且还能进行医学教学，其过程为：（５．１）模拟手术方案设计及其分析：当进行肝肿瘤切除术、肝移植术或射频消融术模拟时，分别按下述过程进行：（ａ）肝肿瘤切除术：根据对象腹部三维模型所显示的肝内重要血管和肝肿瘤关系、肝脏的受累范围、肝肿瘤的位置、大小和所涉及的肝段信息，对肝肿瘤进行可切除性分析；通过将肝肿瘤模型边缘向外膨胀的方式确定肝肿瘤切除的安全区域，并在三维模型上标记出被该区域影响的血管分支及其所分布的肝...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆国，胡道予，刘晶晶，王璐瑶，李震，张智，郭睿，万少朋，丁亮，
申请(专利权)人：苏州瑞派宁科技有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。