[發明專利]一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區域的方法

無效

• 申請號: 200910198110.2
• 申請日: 2009-11-02
• 公開（公告）號: CN102048550A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 許建榮;錢黎俊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;G06F19/00;G06T15/00
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司 31128
• 代理人: 嚴新德

1.一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區域的方法，其特征在于：所述的方法中包括一個獲取肝臟三維CT增強圖像的過程，包括一個在所述的圖像中定位與分割肝臟的過程，包括一個在所述的圖像中提取肝臟血管并分析其結構的過程，包括一個分析血管支配領域的過程。

2.如權利要求1所述的自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區域的方法，其特征在于：

a)在所述的獲取肝臟三維CT增強圖像的過程中，利用斷層掃描機獲得肝臟斷層圖像，通過多排螺旋CT對比劑對人體實施增強三期動態掃描，獲得肝臟原始數據，然后對人體注射對比劑后行常規上腹部CT增強三期動態掃描，獲得動脈、門靜脈、肝靜脈三期圖像，將肝靜脈期圖像作為圖像后處理的原始圖像；

b)在圖像中定位與分割肝臟的過程中，首先對肝臟進行定位，在對肝臟進行定位的過程中，首先用一固定的閾值T0將三維CT圖像二值化，從而生成一二值化的三維圖像Ibin，該二值化圖像中“1”表示三維CT圖像中對應像素的灰度高于或等于給定的閾值T0，“0”表示三維CT圖像中對應像素的灰度低于的閾值T0，然后對Ibin進行距離變換，求得Ibin每個為“1”的體素到最近的為“0”的像素的距離，從而得到一對應的三維距離圖像Idist，根據肝臟是人體中體積最大的內臟器官的解剖特征，具有最大距離dmax的像素所在的位置O應該位于肝臟區域之中，從而定位出肝臟的位置；在對肝臟圖像進行分割的過程中，首先估計肝臟的灰度范圍，以定位肝臟的、具有最大距離dmax的像素所在的位置O為球心，以2/3*dmax為半徑，利用該球形區域內的圖像灰度估計肝臟的灰度范圍[Tlow，Thigh]：

T_low＝I_mean-w₁*I_std

T_high＝I_mean+w₂*I_std，

其中，I_mean為平均灰度，I_std為灰度標準差，w₁和w₂為權值參數，將該Tlow和Thigh作為下閾值和上閾值，并對三維CT圖像進行二值化處理，為降低噪聲的影響，在閾值處理之前，先對三維CT圖像進行中值濾波，由三維連通性和前面所述的定位點，得到初始的肝臟分割結果，為提高肝臟分割的精度，利用梯度矢量場活動輪廓線模型進一步優化肝臟分割的結果，首先，選擇定位肝臟的、具有最大距離dmax的像素所在的圖像為參考圖像，并以該圖像中的初始結果作為初始輪廓線(歸一化表示為x(s)，s∈[0，1])，然后，計算出該圖像Canny邊緣圖像f，并通過解方程：

η▿2u-(u-fx)(fx2+fy2)=0]]>

η▿2v-(v-fy)(fx2+fy2)=0,]]>

其中，[u(x，y)，v(x，y)]為梯度矢量場w(x，y)的兩個分量，η為權值參數(0.2)，為Laplacian算子，f_x和f_y分別為f在x和y方向上的梯度。最后，利用初始化輪廓線和梯度矢量場，通過迭代求解方程：αx″(s)-βx″″(s)+w＝0，使初始化輪廓線形變、演化到更為精確的目標邊緣。其中，x″(s)和x″″(s)為x(s)的二階和四階導數，α和β，當得到當前圖像中肝臟較為精確的邊緣線之后，將該結果傳遞到其相鄰的一幅圖像作為其初始輪廓線，獲得其Canny邊緣圖像后，去除距離初始輪廓線較遠的邊緣，圖像通過層層傳遞的處理方式，使整個肝臟的分割結果得以優化；

c)在圖像中提取肝臟血管并分析其結構的過程中，首先根據前面分割出的肝臟區域中的圖像灰度計算一灰度閾值T_vessel0：T_vessel0＝I_{liver_mean}+w₃*I_{liver_std}，其中，I_{liver_mean}和I_{liver_std}分別為肝臟區域中的圖像灰度的平均值和標準差，w₃為權值參數，將該閾值作為下閾值，對肝臟區域圖像進行閾值化處理，得到大部分肝臟靜脈和門靜脈，在此基礎之上，進一步重新估計提取血管的閾值T_{vessel_refined}：

Tvessel_refined=Σ(x,y,z)∈RI(x,y,z)g(x,y,z)Σ(x,y,z)∈Rg(x,y,z)]]>

，其中，R為前面初步提取的肝臟血管及其相鄰區域(＜3mm)，I(x，y，z)和g(x，y，z)分別為點(x，y，z)處的圖像灰度和梯度，將T_{vessel_refined}作為下閾值，對肝臟區域圖像進行閾值化處理，并去除那些較小的連通區域，便可提取出肝臟血管，另一方面，對肝臟血管進行骨架提取，通過不斷測試肝臟血管中血管外圍的點，如果去除該點，血管的幾何特性：連通物體數目、空腔數目和空洞數目均保持不變，則去除該點，否則保留該點，直到去除所有可去除的點，血管骨架化之后，用圖像學中的圖G＝(V，E)表示血管的結構，其中V表示端點和分叉點，E為連接V的邊，通過對提取的血管進行距離變換，計算血管中每一點到最近非血管點的距離，可知每一段血管的粗細，在上述肝臟血管解剖、結構特征，分割、骨架化處理的基礎之上，首先分離肝靜脈Ihv和門靜脈Ipv兩套血管，為分離肝靜脈Ihv和門靜脈Ipv兩套血管，首先根據它們的解剖、結構特征確定它們的根部，然后，根據血管的連通性、粗細和方向對各段血管進行分類；

d)在分析血管支配領域的過程中，在判斷空間上的一個點屬于哪部分血管，距該點垂直距離最近的血管被判斷為該點的供血或引流，即該點屬于那支距離其最近的血管分支，假如臨近的兩支血管直徑不同，使用直徑作為加權，對距離進行劃分，由此可以得到每根血管的最大鄰域，肝臟即被按照血管歸屬三維劃分了。