肝脏血管系统的三维结构化描述方法技术方案

本发明专利技术公开了一种肝脏血管系统的三维结构化描述方法，属于医学肝脏划分领域。该方法首先对肝脏图像和肝脏血管图像分别进行分割，再对肝脏血管三维图像进行结构分析，将肝脏血管骨架化处理，对骨架化后的体素点进行标记，并且将标记后的体素点存储至多叉树的数据结构中，并且根据体素点在多叉树中的主从关系区分主支血管和分支血管，最后根据肝脏血管系统中血管之间的关系将肝脏体划分成多个肝段。通过本发明专利技术，实现了对肝脏的精确划分，从而为肝脏的精准切除提供指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及肝脏血管系统，尤其是一种。
技术介绍
近年来随着科技的发展，采用计算机图形学与数据可视化技术，利用计算机图像处理和分析方法，通过三维重建可以帮助医生将二维影像数据构造成立体的三维可视化模型，清楚显示模型内管道系统复杂的走行、分布及空间结构位置关系，同时实现影像数据的量化分析，提供管道的直径、长度及所支配实质脏器的区域等信息。在三维可视化模型的基础上，进行虚拟切割，建立计算机辅助手术规划平台，使手术可行性的术前评估更加精准， 术前准备更加充分，手术方案的制定更加客观、合理，因此手术的创伤更小，出血更少，预后更佳。目前医学影像的三维可视化研究和数字化手术规划平台研发成为国际研究热点。在肝胆胰外科领域，国内第三军医大学董家鸿教授从2000年以来率先进行了肝胆胰等脏器三维重建的探索；2003年以来，南方医科大学方驰华教授、福建医科大学刘景丰教授等也相继开展了这方面的研究。目前已初步建立了肝胆胰等脏器的三维可视化模型，并在肝脏模型上进行了虚拟切割探讨。但是在上述模型中，仍然存在不同程度信息丢失，肝内管道在肝段水平的显示不佳，同时缺乏数据的量化分析功能，因此严重制约了其临床应用价值。国际上，德国和日本开发的计算机辅助肝脏切除手术规划系统已经进入临床， 初步研究提示这个系统有助于提高肝脏切除手术的精准性和安全性。在胆道和胰腺方面， 尚未见数字化手术规划系统进入临床的报道。虽然临床研究初步提示数字化手术规划系统有助于提高肝脏切除手术的精准性和安全性，但是由于数字化手术规划系统在肝脏切除手术中应用时间尚短，因此其在肝脏切除手术中的价值与地位仍然需要进一步检验，尤其是需要按照循证医学的原则进行系统研究。目前关于数字化肝切除手术规划的临床研究只是个案报道和病例回顾，因此本项目中设计了前瞻性的对照研究，这将有助于深入认识数字化手术规划平台的临床应用价值。关于胆道和胰腺的数字化手术规划平台虽然尚未进入临床，但是鉴于理论上已经成为可能，尽快研发相关软件，使之早日进入临床就成为当务之急。目前国内外的数字化手术规划平台建设主要是基于对脏器和病灶的解剖学精确评估。然而一个合理的手术规划，不仅取决于解剖学评估，还需要结合病理学、生理学、功能影像学等进行综合考量。“精准外科”理念已经得到国内外同行的广泛赞誉和认同，本项目在数字化手术规划平台构建中融入了预留肝脏功能数字化评估、以及预留结构和功能重建等内容，将“精准外科”理念与数字化手术规划系统融合，形成数字化精准外科手术规划系统，制定符合精准外科理念的个体化手术规划。鉴于三维可视化模型和数字化手术规划平台对于提高手术精准性和安全性的巨大优势，其在外科临床的应用前景非常广阔。同时，三维可视化模型和数字化手术规划平台还是未来进一步开发虚拟手术系统的基础。利用虚拟现实技术，让外科医生在计算机建立的虚拟环境中进行解剖观察、手术设计和手术操作，获得实际手术中的手感，这将对提高外科整体手术水平具有革命性影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，在对肝脏血管三维图像进行结构分析时，根据血管供血区域划分肝段，实现了对肝脏的精确划分，指导肝脏的精准切除。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种，其特征在于包括以下步骤A、对肝脏体图像进行分割，获得肝脏三维图像的分割结果；B、对肝脏血管图像进行分割、处理，获得合成的肝脏血管三维图像；C、对所述肝脏血管三维图像进行结构分析C01、采用三维骨架化方法细化处理所述肝脏血管三维图像；C02、分别采用端点、曲线点和分叉点标记肝脏血管三维图像的体素点，从而获得标记后的体素点，其中所述端点只具有一组邻接点，所述曲线点具有两组邻接点，所述分叉点具有3组以上邻接点；C03、采用多叉树的数据结构来存储所述标记后的体素点，一个体素点的坐标存储在多叉树的一个结点中，且将多叉树中的父节点和子节点采用直线连接，从而形成肝脏血管的抽象树结构；C04、在所述肝脏血管的抽象树结构中将两个连接的分叉点视为一个连通域，采用连通域标记方法对各连通域进行标记，赋予唯一的数值，即将连通域中体素点均标记为相同的唯一的数值，并且采用迭代方法将与各连通域中体素点邻接的体素点均标记为相同的数值，从而区分肝脏血管系统的主支血管和分支血管，获得标记后的肝脏血管系统；D、根据肝脏血管系统中的主支血管和分支血管标记以及医学需要，将肝脏体划分为多个肝段。所述步骤A由以下步骤组成A01、对肝脏体图像进行预处理，获得原始图像将所述肝脏体图像转换为Bmp形式，并且去除噪声；A02、采用四叉树分割方法对所述原始图像进行初始分割，获得多个小区域；A03、以所述小区域vi作为Graph-Based图像分割方法中带权图G的节点，所述带权图G = (V，E)，其中V = (vi; V2, ... , vn)表示所述小区域的集合，由η个小区域组成，E 表示所述小区域之间的边集，由m条边组成，n、m均为大于1的整数，i为彡1的整数并且边集E中每条边对应于一个权值，该权值用于表示所述小区域之间的灰度相似度；A04、根据边集E中各边对应权值的大小，将边集E进行排序E= (e1 …，ep，…， 6111)，其中1< <111为整数；A05、设定起始的分割结果为S° = (vi; V2,..., vn)，即将集合V中各小区域均作为起始分割的连通分量；A06、如果节点Vi、Vj分别属于第p-1次分割结果Slri中的不同连通分量，则两节点之间的边为ep = (V1,、)，边 对应的权值为w(ep)，分别求取两连通分量Vi、Vj的内部差异ht(Vi)、1肽(、)，如果权值奴％)大于所述内部差异^it(Vi)Jnt(Vj)中之一则不合并节点Vi、\，否则合并节点Vi、\，从而获得第P次分割结果Sp ；A07、循环执行步骤A06，直至完成m次分割，获得肝脏三维图像最终的分割结果。所述步骤B由以下步骤组成B01、采用基于区域增长的阈值分割方法对肝脏血管图像进行分割，提取肝脏血管的信息；B02、采用形态学操作和基于空间的中值滤波操作去除噪音，获得粗分割图像集；B03、采用基于空间连通域的血管树追踪方法对所述粗分割图像集进行三维血管树追踪，获得连通的三维血管树图像集；B04、采用三维形态学膨胀腐蚀操作对所述连通的三维血管树图像集的表面进行平滑处理，获得合成的肝脏血管三维图像。所述步骤B02由以下步骤组成B02-1、经阈值分割后的肝脏血管图像通过形态学操作消除噪音、去除缺陷，并且通过二维中值滤波处理，消除孤立的噪声点，从而获得图像集合R ；B02-2、所述图像集合R中以三张图像作为一个图像单元氏，将所述图像集合R表示为R = (R1, R2,...，Rn)，如果所述图像集合R中图像数量不满足3的倍数，则将剩余的图像通过二维中值滤波处理输出，构成的图像单元氏则执行如下处理；B02-3、初始化nCount = 0,neiborNum = 15，其中nCount用于表示像素点的领域中像素值不为0的像素点的个数，neiborNum用于表示像素点的领域中像素值不为0的像素点的个数临界值，i、n均为> 1的整数；B02-4、将所述图像单元氏中像素值不为0的像素点均投影至一张图像上，计算投影后像素点坐标为(x，y)的像素值大小，如果所述像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：房斌，王鹏，王翊，皮净锐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：