本發(fā)明涉及計算機輔助醫(yī)療領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

肝臟功能區(qū)域詮析在肝臟疾病的診斷和治療中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。Camille Kurtz,Christopher F.Beaulieu,Sandy Napel,Daniel L.Rubin 2014年在Journal of biomedical informatics的49期上發(fā)表題為A hierarchical knowledge-based approach for retrieving similar medical images described with semantic annotations的文章，提出一種基于結(jié)構(gòu)化詞匯描述的圖像詮析方法，該方法采用預(yù)先定義好的受控詞匯表來描述圖像特征，方便對大數(shù)據(jù)集的醫(yī)學(xué)圖像進行詮析，但是該方法只應(yīng)用于描述局部肝腫瘤信息，并沒有應(yīng)用于整個肝臟系統(tǒng)；Ashnil Kumar,Shane Dyer,Changyang Li,Philip H.W.Leong,Jinman Kim 2014年在CEUR workshop proceedings上發(fā)表題為Automatic annotation of liver CT images:The submission of the BMET group to ImageCLEFmed 2014的文章，提出基于多級分類和多數(shù)意見規(guī)則的肝臟圖像詮析方法，該方法通過分析圖像特征之間的差異，生成一組結(jié)構(gòu)化的報告，該方法著重于解決圖像分類問題；Beyza Ermis,A.Taylan Cemgil 2014年在CEUR workshop proceedings上發(fā)表題為Liver CT annotation via generalized coupled tensor factorization的文章，采用基于廣義耦合張量分解的方法分析數(shù)據(jù)，并得到較為滿意的預(yù)測精度，該方法計算量較大；Imane Nedjar,Mahmoudi,Mohamed Amine Chikh,Khadidja Abi-yad,Zouheyr Bouafia 2015年在CEUR workshop proceedings上發(fā)表題為Automatic annotation of liver CT image:ImageCLEFmed 2015的文章，該方法首先對原始圖像進行預(yù)處理，提取肝臟和腫瘤的紋理和形狀特征，然后使用隨機森林分類器進行分類，生成最終的結(jié)構(gòu)化詮析報告，該方法需要較多的人工干預(yù)，提取的特征不包括血管信息；Francisco Gimenez,Jiajing Xu,Yi Liu,Tiffany Liu,Christopher Beaulieu,Daniel Rubin,Sandy Napel 2012年在AMIA annual symposium proceedings上發(fā)表題為Automatic annotation of radiological observations in liver CT images的文章，該方法提取灰度、紋理、形狀和邊緣等431維特征對肝臟區(qū)域進行描述，計算較為復(fù)雜，對醫(yī)生的輔助判斷作用有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開一種新的肝臟功能區(qū)域詮析方法，該方法設(shè)計能分析與展示出肝臟、肝血管、肝腫瘤和肝臟功能分段之間的空間位置、大小關(guān)系，以及各分段與腫瘤所屬的供血分支，最終提供出的肝臟詮析報告既包括肝區(qū)的三維可視化展示，又包括病例肝區(qū)的屬性信息，能精確表征出病例肝臟系統(tǒng)的客觀信息，極大地降低了醫(yī)生的誤判。

本發(fā)明的方法思路，著眼于分析肝門靜脈(已有方法的設(shè)計思路多從整套復(fù)雜的管道系統(tǒng)出發(fā))大大降低了計算的復(fù)雜度。通過設(shè)計血管樹來表示肝門靜脈的拓撲結(jié)構(gòu)，方便后續(xù)計算與分析。肝臟詮析報告既包括病例肝區(qū)的三維可視化展示，有利于醫(yī)生全方位、多角度的了解病例情況，又包括病例肝區(qū)的屬性信息，有助于醫(yī)生在客觀評估病例肝臟系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制定合理的治療方案。

基于上述方法思路，本發(fā)明的具體的方法過程表征為：

(1)用計算機提取肝區(qū)圖像，包括肝臟圖像、肝血管圖像和肝腫瘤圖像三個部分，具體實施過程：

(11)首先使用半監(jiān)督的圖像分割方法(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))來分割出肝臟圖像，

(12)然后在此基礎(chǔ)上進一步的采用半監(jiān)督的圖像分割方法分割出肝腫瘤，

(13)同時在步驟(11)分割出的肝臟圖像中采用Hessian濾波方法(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))增強肝臟圖像中的管狀結(jié)構(gòu)，進而使用圖像分割區(qū)域生長法(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))分割出肝血管圖像；

(2)提取肝門靜脈骨架并生成有向無環(huán)圖，具體實施過程：

(21)對步驟(13)獲得的肝血管圖像中選取出肝門靜脈血管圖像，對肝門靜脈血管圖像通過三維圖像細化算法(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))獲取肝門靜脈的骨架拓撲結(jié)構(gòu)，所述肝門靜脈的骨架拓撲結(jié)構(gòu)是一種圖像拓撲結(jié)構(gòu)，限定為：

保留原肝門靜脈圖像的拓撲特征；

位于肝門靜脈的中央部分；

其結(jié)構(gòu)線要連續(xù)不間斷并且在三維空間范圍上的寬要為1個體素；

(22)對步驟(21)獲得的肝門靜脈的骨架進行拓撲點提取與環(huán)路修剪(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))，生成有向無環(huán)圖；

所述有向無環(huán)圖即為血管樹，定義頂點表示血管拓撲點，連接相鄰頂點成邊，樹根為肝門靜脈入肝處的頂點，圖的方向為肝門靜脈血流的方向；同時，由此可計算確定出血管樹拓撲點的三維坐標與半徑，血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度這些屬性信息；

(3)對肝區(qū)進行功能分段：功能分段指的是對肝臟進行Couinaud分類(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))，將步驟(22)獲得的血管樹進行分級，分級后根據(jù)血管樹的連通性將肝區(qū)分為相應(yīng)的功能分段；再計算確定出肝臟與肝腫瘤的體積、各功能分段的體積以及所占肝臟區(qū)域的比例、各功能分段內(nèi)腫瘤的體積以及腫瘤所占比例這些屬性信息；

(4)生成肝臟三維可視化展示以及屬性測量詮析報告，能實現(xiàn)肝區(qū)的三維可視化展示和屬性測量：

用基于移動立方體的方法(此技術(shù)已屬于現(xiàn)有技術(shù))分別對肝臟、肝血管、肝腫瘤和各肝臟功能分段進行重建，三維重建即可視化，方便觀察它們在三維空間內(nèi)的相對位置關(guān)系，大小關(guān)系，特別是每個腫瘤和分段的供血分支；所述屬性測量主要包括血管樹拓撲點的三維坐標與半徑，血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度與所在血管系統(tǒng)，肝臟與肝腫瘤的體積、各功能分段的體積以及所占肝臟區(qū)域的比例、各功能分段內(nèi)腫瘤的體積以及腫瘤所占比例。

步驟(22)中，所述血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度與所在血管系統(tǒng)計算方法如下：

假設(shè)血管各分支中的分支e的兩個拓撲點坐標是(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)；

其中：(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)分別代表血管各分支中的分支e的兩個拓撲點的x軸，y軸，z軸的坐標；

血管樹各分支的實際長度，為對應(yīng)的骨架長度；

歐式距離：血管樹各分支的對應(yīng)血管樹邊的長度，即分支所在的兩個拓撲點的歐式距離

平均半徑公式為:其中Volume(e)是血管各分支中的分支e的體素數(shù)；Length(e)是血管各分支中的分支e的實際長度；π為圓周率；

生長角度為血管各分支中的分支e與父邊所在分支的角度；

所在血管系統(tǒng)即在肝臟內(nèi)提取門靜脈和肝靜脈，然后標注歸屬于相應(yīng)的血管靜脈類別。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的方法系統(tǒng)的分析與展示了肝臟、肝血管、肝腫瘤和肝臟功能分段之間的空間位置、大小關(guān)系，以及各分段與腫瘤所屬的供血分支，極大地降低了醫(yī)生的誤判。本發(fā)明只需分析肝門靜脈，而不是整套復(fù)雜的管道系統(tǒng)，降低了計算的復(fù)雜度。設(shè)計血管樹來表示門靜脈的拓撲結(jié)構(gòu)，方便后續(xù)計算與分析，得到的分段結(jié)果有利于醫(yī)生全方位、多角度的了解病例情況。肝臟詮析報告既包括肝區(qū)的三維可視化展示，又包括病例肝區(qū)的屬性信息，有助于醫(yī)生在客觀評估病例肝臟系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制定合理的治療方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明三維可視化展示及屬性測量的肝臟功能區(qū)域詮析方法的方法流程圖。

圖2是本發(fā)明三維可視化展示及屬性測量的肝臟功能區(qū)域詮析方法的肝區(qū)提取與可視化

圖3是本發(fā)明三維可視化展示及屬性測量的肝臟功能區(qū)域詮析方法的肝門靜脈血管樹的生成與可視化。

圖3(a)為提取該實施例中的肝門靜脈，圖3(b)為提取肝門靜脈骨架，圖3(c)為對該骨架進行拓撲點提取與環(huán)路修剪，生成有向無環(huán)圖。

圖4是本發(fā)明三維可視化展示及屬性測量的肝臟功能區(qū)域詮析方法的肝區(qū)分段與可視化

圖4(a)為肝臟臟面角度，圖4(b)為肝臟隔面角度，圖4(c)為各分段與肝門靜脈、肝腫瘤的可視化結(jié)果。

圖5是本發(fā)明一組門靜脈分支骨架化的示意圖。

圖6是本發(fā)明骨架體素的示意圖。

圖7是本發(fā)明生長角度和分支e示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行詳細的說明。應(yīng)當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，能實現(xiàn)同樣功能的產(chǎn)品屬于等同替換和改進，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明生成的肝臟詮析報告，用于精準地表征肝臟狀態(tài)，以支持醫(yī)生精準地評估肝臟狀態(tài)。本發(fā)明技術(shù)方案本身，其發(fā)明任務(wù)不是用于完成診斷和治療肝臟。

下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。

實施例一

參閱附圖，在圖1中給出了本發(fā)明的方法流程圖，按此圖示流程，給出一組實施例。該方法首先提取肝臟區(qū)域，包括肝臟、肝血管和肝腫瘤，接著提取肝門靜脈骨架并生成有向無環(huán)圖，即肝門靜脈血管樹，然后利用血管樹將肝區(qū)分為相應(yīng)的功能分段，最后生成肝臟詮析報告。

在圖2所示的實施例中，圖2(a)為一張原始腹腔圖像數(shù)據(jù)切片，圖2(b)為分割出的肝臟和肝血管區(qū)域，圖2(c)為分割出的肝臟和肝腫瘤區(qū)域，圖2(d)是整個肝區(qū)包括肝臟、肝血管和肝腫瘤的三維可視化結(jié)果。

提取該實施例中的肝門靜脈，結(jié)果如圖3(a)所示。在此基礎(chǔ)上進一步的提取肝門靜脈骨架，結(jié)果如圖3(b)所示。對該骨架進行拓撲點提取與環(huán)路修剪，生成有向無環(huán)圖，如圖3(c)所示，即為該實施例的肝門靜脈拓撲結(jié)構(gòu)，也即血管樹。

將血管樹分級后根據(jù)血管樹的連通性，將肝區(qū)分為相應(yīng)功能分段，該實施例的分段結(jié)果多角度展示如圖4所示。圖4(a)為肝臟臟面角度，圖4(b)為肝臟隔面角度，各分段與肝門靜脈、肝腫瘤的可視化結(jié)果如圖4(c)。最后生成該實施例的肝臟詮析報告，包括肝區(qū)的三維可視化展示以及屬性測量信息。

所述肝區(qū)的三維可視化展示主要包括肝臟、肝血管、肝腫瘤和肝臟功能分段之間的空間位置、大小關(guān)系以及各分段與腫瘤所屬的供血分支；

所述屬性測量主要包括血管樹拓撲點的三維坐標與半徑，血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度與所在血管系統(tǒng)，肝臟與肝腫瘤的體積、各功能分段的體積以及所占肝臟區(qū)域的比例、各功能分段內(nèi)腫瘤的體積以及腫瘤所占比例。

用基于移動立方體的方法分別對肝臟、肝血管、肝腫瘤和各肝臟功能分段進行重建，三維重建即可視化，方便觀察它們在三維空間內(nèi)的相對位置關(guān)系，大小關(guān)系，特別是每個腫瘤和分段的供血分支。

位置是很重要的，直接關(guān)系到治療方案的制定，比如，如果腫瘤生長的位置緊挨門靜脈主干，那么它的供血充足，很容易快速長大，如果腫瘤生長的位置在肝臟邊緣，供血的是小血管分支，做一般切除后術(shù)后恢復(fù)也好，術(shù)中風(fēng)險也不大。三維重建非常有意義，特別能夠預(yù)防血管變異的情況，就是說，如果不重建，醫(yī)生是憑借經(jīng)驗把二維切片在腦中構(gòu)建空間關(guān)系，大部分時候是可行的，但是有些時候發(fā)生了血管變異，看起來是左邊血管分支供血，實際上是右邊分支，這種情況必須得依靠計算機三維重建來輔助解決。

屬性測量主要是兩個部分，一部分是在第(22)步驟中提取肝門靜脈骨架并生成有向無環(huán)圖后計算的，包括血管樹拓撲點的三維坐標與半徑，血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度與所在血管系統(tǒng)。一部分是在第(3)步驟中對肝區(qū)進行功能分段后計算的，包括肝臟與肝腫瘤的體積、各功能分段的體積以及所占肝臟區(qū)域的比例、各功能分段內(nèi)腫瘤的體積以及腫瘤所占比例。

另外，骨架位于門靜脈的中央、連續(xù)不間斷并且寬為1個體素，見圖5所示。圖5(a)門靜脈血管圖像，圖5(b)骨架化結(jié)果，圖5(c)圖表示。

骨架化的結(jié)果要求：

位于門靜脈的中央：理論上講，骨架越位于原圖像的中央，拓撲結(jié)構(gòu)保持的越好。

連續(xù)不間斷并且寬為1個體素：骨架反應(yīng)的是血管的拓撲信息，所以必須是連續(xù)不間斷的，并且寬是一個體素(二維空間是像素pixel，三維空間是體素voxel)

見圖6，假設(shè)左邊是血管，中間是骨架化的結(jié)果，將此骨架放大來看，用一個立方塊代表一個體素。將拓撲點相連生成血管樹，也即圖中的灰色箭頭示意

血管樹各分支的實際長度、歐式距離、平均半徑、生長角度與所在血管系統(tǒng)計算方法如下：

假設(shè)血管分支e的兩個拓撲點坐標是(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)

其中：x,y,z分別代表x軸，y軸，z軸的坐標

分支實際長度：血管分支的實際長度，即對應(yīng)的骨架長度

歐式距離：血管分支對應(yīng)血管樹邊的長度，即分支所在的兩個拓撲點的歐式距離

平均半徑:其中Volume(e)是分支的體素數(shù)；Length(e)是分支的實際長度；

生長角度：血管分支e與父邊所在分支的角度，見圖7。

所在血管系統(tǒng)：肝臟內(nèi)主要提取的就是門靜脈和肝靜脈，這一項實際就是標注到底是屬于哪個血管靜脈。

本發(fā)明能有多種不同形式的具體實施方式，上面以圖1為例結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說明，對本發(fā)明進行詳細的說明。應(yīng)當說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，能實現(xiàn)同樣功能的產(chǎn)品屬于等同替換和改進，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。