[發明專利]一種基于腦腫瘤醫學影像的交互式三維分割方法

在審

• 申請號: 201611124279.X
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN108182687A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 宋志堅;王滿寧;李文生;莊思奇;安涌
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11
• 代理公司: 上海元一成知識產權代理事務所(普通合伙) 31268
• 代理人: 吳桂琴

本發明屬醫學圖像處理及應用領域，涉及一種針對腦腫瘤影像的交互式三維分割方法。本發明主要利用對已分割的二維圖像做腐蝕運算的方式，自動地為待分割的鄰近圖像設置種子點，并采用二維GrowCut分割算法對待分割圖像依次分割，從而實現腦腫瘤影像的交互式三維分割。本發明方法中，只需在腦腫瘤中間切片所在的圖像層中，對部分的前景與背景區域作標記，即可實現半自動地腦腫瘤三維分割，并允許對分割后的影像做三維修正。結果表明，本發明所述的方法交互性強、分割效率高、分割結果準確，具有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬醫學圖像處理及應用領域，具體涉及基于醫學影像分割技術面的一種交互式的三維腦腫瘤分割方法。

背景技術

現有技術公開了醫學影像分割技術能夠將感興趣區域從US(超聲影像)、MRI(磁共振成像)、CT(計算機斷層掃描)等醫學影像中提取出來，為病變組織的定位、三維重建及配準等技術提供重要的基礎，在醫學及相關研究領域具有重要的理論與應用價值。

資料顯示，由于復雜的環境與宿主因素，腦腫瘤的發病率與致死率顯現出較高的趨勢，其中惡性腫瘤所占的比例達到一半以上，對人類的生命造成了嚴重的危害。目前，針對腦腫瘤的各類醫療技術也在蓬勃發展，特別在神經外科手術導航方面，在術前借助導航儀器對患者頭部的醫學影像進行全方位分析，能有益于醫生方便地進行手術規劃，并在術中為醫生提供全程的靶組織引導及手術器械的精確定位，有助于提高診斷的準確率與手術的成功率。

對腦腫瘤進行準確而高效地分割是神經外科手術導航系統中的關鍵問題之一。研究顯示，三維分割的準確性能夠決定病灶組織位置與邊界的確定、體積估算以及三維可視化等功能的效果；同時，三維分割方法的交互性、效率及準確性能夠影響醫生的工作效率及導航系統的用戶體驗。目前，研究開發的圖像分割算法一般都具有一定的針對性，僅對某些特定的圖像具有較好的分割效果，存在有局限性，如針對腦部醫學影像的分割算法，在研發時需要充分考慮到腦組織結構復雜、灰度分布不均、個體差異較大等特點，如，腦腫瘤影像具備了以上特點(如圖1腦腫瘤示例)，特別是對于惡性腫瘤，其沒有平滑的包邊，且形狀與灰度變化較復雜，給分割工作帶來了不少的困難。

由于神經外科手術導航系統中所采用的分割方法需要對每一病例都具有良好的適用性，而基于上文提及的各項因素，一般認為，全自動分割算法難以在每一個病例中都保持令醫生滿意的分割結果，因此采用交互式的三維分割方法將更具有臨床應用價值，如德國Brainlab公司所研發的smartbrush軟件模塊，通過交互式地對腫瘤不同切面進行多次勾畫，完成半自動三維分割；而在交互式的分割算法中，基于元胞自動機(CellularAutomata)的GrowCut分割算法在做二維圖像分割時，具有較強的交互性及較高的運算效率；然而，該算法在三維分割中尚存有諸多問題，如初始標簽設置困難、迭代次數較多，分割結果不穩定等。

基于現有技術的現狀，本申請的發明人擬提供一種交互性強、分割效率高、分割結果好的三維腦腫瘤分割方法，以滿足神經外科手術導航系統的需要。

與本發明有關的參考文獻有：

[1]V.Vezhnevets,and V.Konouchine,“GrowCut-interactive multi-label NDimage segmentation by cellular automata,”Proceedings of Graphicon.,pp.231–234,2006。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于腦腫瘤醫學影像的交互式三維分割方法。該方法通過簡單的交互操作，能實現高效、準確地三維腦腫瘤的半自動分割；此外，在三維分割完畢后，可通過簡便的交互操作實現對分割結果的修正。

本發明采用基于元胞自動機的GrowCut二維圖像分割方法以及基于腐蝕運算的形態學方法實現腦腫瘤影像的三維分割。