專利名稱：一種自動生成肝臟3d圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及物理領域，尤其涉及圖形測量和處理技術，特別是一種自動生成肝臟 3D圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法。
背景技術：
隨著精準肝切除和活體肝移植時代的到來，精確進行肝段手術是肝膽外科手術發(fā) 展的趨勢，手術要求對切除范圍的肝段有術前準確的估計、測量。CT對肝臟體積測量的準確 性已經(jīng)得到公認，甚至被認為是金標準。但是外科手術往往需要了解某一支門靜脈供血或 肝靜脈引流范圍肝臟體積的大小，以便于判斷當處理這些血管后會影響到多少范圍的肝臟 血流。而由于這些肝段甚至亞段之間沒有特別的解剖分界標志，用肉眼無法判斷每支血管 的供血、引流的肝臟范圍，不利于術前準確地評估。本發(fā)明假設血管供血或引流的范圍與其 血管直徑呈正比，則肝臟內所有的供血血管及引流血管綜合在一起便可以將整個肝臟進行 拓撲劃分，每支血管便都能找到屬于其支配的最大范圍肝臟實質體積一即某支血管支配 的最大鄰域。國際上有一些關于肝臟可視化和計算機輔助診斷方面的研究(Radtke A5Nadalin S, Sotiropoulos GC, et al. Computer-assisted operative planning in adult living donor liver transplantation :a new way to resolve the dilemma of the middle hepatic vein. World J Surg 2007 ；31 175-185 ；Saito S, Yamanaka J, Miura K, et al. A novel 3D hepatectomy simulation based on liver circulation !application to liver resection and transplantation. Hepatology2005 ；41 :1297-1304 ；Radtke A, Schroeder T,Molmenti EP, et al. Anatomical and physiological comparison of liver volumes among three frequent types of parenchyma transection in live donor liver transplantation. Hepatogastroenterology 2005 ；52 :333-338 ；Ritter F, Hansen C, Dicken V, Konrad O, Preim B, Peitgen HO. Real-time illustration of vascular structures. IEEE Trans Vis Comput Graph 2006 ; 12 :877-884)，其中不少研究論文出自 德國不萊梅大學的MeVis項目研究小組，他們使用數(shù)字圖像處理和計算機圖形學開發(fā)了肝 臟可視化及三維虛擬手術軟件，并應用到肝臟相關手術的術前規(guī)劃、模擬和風險評估中。比 如，可以動態(tài)計算切除腫瘤周圍多少范圍內的組織對患者最有利；也可以計算活體肝移植 中可能造成的靜脈淤血范圍(如

圖1所示)。該軟件主要使用了圖像分割、血管分類、空間 最大鄰域等一系列關鍵技術，在CT斷層圖像的基礎上獲得肝臟的虛擬模型。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū) 域的方法，所述的這種方法要解決現(xiàn)有技術中手術前了解肝臟體積、每支血管的供血和引 流的肝臟范圍不準確的技術問題，同時要解決科研人員對于研究和了解肝臟體積、每支血管的供血和弓I流肝臟范圍的手段有限的技術問題。本發(fā)明提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法， 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。具體的，a)在一個肝臟三維CT增強圖像獲取的過程中，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(tài)掃描，獲得肝臟原始數(shù)據(jù)，然后對人 體注射對比劑后行常規(guī)上腹部CT增強三期動態(tài)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TO將三維CT圖像二值化，從而生成一二值化的三維圖 像Π η，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 Τ0，“0”表示三維CT圖像中對應像素的灰度低于的閾值Τ0，然后對Π η進行距離變換，求 得Π η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(jù)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0應該位于肝臟區(qū)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 0為球心，以2/3*dmaX為半徑，利用該球形區(qū)域內的圖像灰度估計肝臟的灰度范圍[Tlow， Thigh]
權利要求
1.一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū)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(qū)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(tài)掃描，獲得肝臟原始數(shù)據(jù)，然后對人體注 射對比劑后行常規(guī)上腹部CT增強三期動態(tài)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TO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Τ0，然后對Π η進行距離變換，求得Π η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(jù)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 0應該位于肝臟區(qū)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0為球心，以 2/3*dmaX為半徑，利用該球形區(qū)域內的圖像灰度估計肝臟的灰度范圍[Tlow，Thigh]T]_ow Imean W]_* I stdThigh 一 Imean+W2^Istd'其中，I_n為平均灰度，Istd為灰度標準差，W1和W2為權值參數(shù)，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(yōu)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 e
)，然后，計算出該圖像 Canny邊緣圖像f，并通過解方程二 ο"▽、 狐2+Λ2) = ο ，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(shù)(0.2)，V2 為Laplacian算子，fx和fy分別為f在χ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αχ" (8)-βχ" “ (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χ" “ (s)為X(S)的二階和四階導數(shù)，α和β， 當?shù)玫疆斍皥D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Carmy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(yōu)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(jù)前面分割出的肝臟區(qū)域中的圖像灰度計算一灰度閾值TvesselO · ^vesselO 工liver_mean+W3*工liver_std‘ 其中，I liver—mean 禾口 liver_std分別為肝臟區(qū)域中的圖像灰度的平均值和標準差，W3為權值參數(shù)，將該閾值作為下閾值，對 肝臟區(qū)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
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動生成肝臟3D圖像并準確定位肝臟血管支配區(qū)域的方法，包括一個肝臟三維CT增強圖像獲取的過程，包括一個肝臟定位與分割的過程，包括一個肝臟血管提取及結構分析的過程，包括一個血管支配領域分析的過程，通過這種拓撲劃分，獲得各靜脈血管引流區(qū)域的體積大小，以便于外科醫(yī)生進行肝臟手術前模擬和預估，同時還可以方便科研人員研究和了解肝臟區(qū)域血管的位置。
文檔編號G06F19/00GK102048550SQ200910198110
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權日2009年11月2日
發(fā)明者許建榮, 錢黎俊 申請人:上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院