本發(fā)明涉及醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)為病毒性肝炎的高發(fā)地區(qū)，主要為慢性乙型和丙型肝炎，這些疾病很容易發(fā)展成肝硬化和肝癌。對(duì)肝硬化和肝癌的治療手段主要是肝切除和肝移植手術(shù)，這類手術(shù)前需要得到供體和受供體肝臟的準(zhǔn)確體積。研究表明，活體肝臟移植手術(shù)中，供體應(yīng)至少保留全肝臟體積的30％，而受供體接收的肝臟體積應(yīng)大于肝臟體積的40％，因此術(shù)前肝臟體積測(cè)量的準(zhǔn)確度直接影響到手術(shù)方案的選擇和成功率。

目前肝臟體積的測(cè)量方法有ct法、mr法、三維超聲法和公式法，這些方法各有利弊。ct法可以得到比較準(zhǔn)確的肝臟體積，但ct法需要注射造影劑，而且掃面過(guò)程中x射線對(duì)人體有輻射，不能反復(fù)運(yùn)用；mr法費(fèi)用非常昂貴，也不適合進(jìn)行多次測(cè)量，對(duì)于需要多次掃描連續(xù)觀察肝臟的狀況的患者，mr掃描非常不適合；三維超聲掃描方法對(duì)人體無(wú)任何傷害，成像快速方便，但由于超聲本身成像原理的限制，超聲圖像的分辨率較低；公式法是根據(jù)大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果提出的一種肝臟體積近似的估計(jì)方法，它根據(jù)人的身高和體重等參數(shù)得到體表面積，進(jìn)而得到肝臟體積，但是該方法測(cè)量的誤差較大。因此需要一種新的肝臟體積的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)無(wú)損害、安全、反復(fù)、快捷的測(cè)量肝臟體積，為此，我們提出了一種基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法投入使用，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法，該基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法的具體步驟如下：

s1：利用超聲圖像中需要提取的目標(biāo)與其背景在灰度特征上的差異，把圖像視為具有不同灰度級(jí)的區(qū)域的組合，通過(guò)選取閾值，將目標(biāo)區(qū)域從背景區(qū)域中分離；

s2：將分離出的目標(biāo)區(qū)域分割成多塊較小的基本區(qū)域，然后根據(jù)特定的均勻性判據(jù)而合并；

s3：采集合并后的目標(biāo)區(qū)域，在三維模型坐標(biāo)中，建立三維圖像模擬，并形成三維體數(shù)據(jù)；

s4：針對(duì)形成的三維體數(shù)據(jù)采用橢球模型進(jìn)行匹配，得到橢球初始輪廓，隨后初始橢球模型按照一定規(guī)則離散化生成三角網(wǎng)絡(luò)圖像模型；

s5：采集待檢測(cè)臟器的三維圖像，然后確定待檢測(cè)臟器的上下極和中心軸，再選擇相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，系統(tǒng)自動(dòng)生成或手動(dòng)勾畫不同角度臟器的邊緣，重建完整的立體輪廓，通過(guò)軟件后處理，得到被測(cè)臟器的三維體積參數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟s1中，閾值的選取應(yīng)根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的大小進(jìn)行選擇，如果閾值選擇過(guò)大，一些目標(biāo)物將被視作背景，若閾值選擇過(guò)小，則會(huì)將背景轉(zhuǎn)換成目標(biāo)物，造成目標(biāo)區(qū)域的特征失真。

優(yōu)選的，所述步驟s2中，將目標(biāo)區(qū)域作為原始分割結(jié)果，只要當(dāng)前的分裂結(jié)果不能保證足夠的均勻性，就將其分裂成四個(gè)方形區(qū)域，將相鄰且具有相似特征的區(qū)域進(jìn)行合并，而將具有明顯不均勻性特征的區(qū)域進(jìn)行分裂。

優(yōu)選的，所述步驟s4中，在橢球初始輪廓的形成過(guò)程中，首先利用初始區(qū)域生長(zhǎng)方法對(duì)目標(biāo)區(qū)域中間層圖像進(jìn)行橢圓匹配，然后以匹配橢圓的中心作為橢球的中心，以匹配橢圓的x軸和y軸分別作為橢球的x軸和y軸，以穿過(guò)匹配橢圓的中心，得到橢球三維初始輪廓。

優(yōu)選的，所述步驟s5中，旋轉(zhuǎn)角度a有6°、9°、15°和30°四周不同角度，不同角度的臟器邊緣共計(jì)180/a個(gè)平面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用三維超聲體積測(cè)量肝臟腫瘤的體積，測(cè)量時(shí)不受被測(cè)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形態(tài)影響，有較高的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，并利用超聲圖像能夠精確的監(jiān)測(cè)被測(cè)結(jié)構(gòu)的大小變化和形態(tài)學(xué)的變化，能夠準(zhǔn)確預(yù)估肝臟危險(xiǎn)因素的危險(xiǎn)程度，從而能夠?qū)ΠY下藥達(dá)到很好的治療效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明工作流程圖；

圖2為本發(fā)明三維基本單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明橢球模型的離散化過(guò)程結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法，該基于超聲圖像和三維模型的肝臟體積測(cè)量方法的具體步驟如下：

s1：利用超聲圖像中需要提取的目標(biāo)與其背景在灰度特征上的差異，把圖像視為具有不同灰度級(jí)的區(qū)域的組合，通過(guò)選取閾值，將目標(biāo)區(qū)域從背景區(qū)域中分離，閾值的選取應(yīng)根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的大小進(jìn)行選擇，如果閾值選擇過(guò)大，一些目標(biāo)物將被視作背景，若閾值選擇過(guò)小，則會(huì)將背景轉(zhuǎn)換成目標(biāo)物，造成目標(biāo)區(qū)域的特征失真；

s2：將分離出的目標(biāo)區(qū)域分割成多塊較小的基本區(qū)域，然后根據(jù)特定的均勻性判據(jù)而合并，將目標(biāo)區(qū)域作為原始分割結(jié)果，只要當(dāng)前的分裂結(jié)果不能保證足夠的均勻性，就將其分裂成四個(gè)方形區(qū)域，將相鄰且具有相似特征的區(qū)域進(jìn)行合并，而將具有明顯不均勻性特征的區(qū)域進(jìn)行分裂；

s3：采集合并后的目標(biāo)區(qū)域，在三維模型坐標(biāo)中，建立三維圖像模擬，并形成三維體數(shù)據(jù)；

s4：針對(duì)形成的三維體數(shù)據(jù)采用橢球模型進(jìn)行匹配，得到橢球初始輪廓，隨后初始橢球模型按照一定規(guī)則離散化生成三角網(wǎng)絡(luò)圖像模型，在橢球初始輪廓的形成過(guò)程中，首先利用初始區(qū)域生長(zhǎng)方法對(duì)目標(biāo)區(qū)域中間層圖像進(jìn)行橢圓匹配，然后以匹配橢圓的中心作為橢球的中心，以匹配橢圓的x軸和y軸分別作為橢球的x軸和y軸，以穿過(guò)匹配橢圓的中心，得到橢球三維初始輪廓；

s5：采集待檢測(cè)臟器的三維圖像，然后確定待檢測(cè)臟器的上下極和中心軸，再選擇相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度，系統(tǒng)自動(dòng)生成或手動(dòng)勾畫不同角度臟器的邊緣，重建完整的立體輪廓，通過(guò)軟件后處理，得到被測(cè)臟器的三維體積參數(shù)，旋轉(zhuǎn)角度a有6°、9°、15°和30°四周不同角度，不同角度的臟器邊緣共計(jì)180/a個(gè)平面。

請(qǐng)參閱圖2，三維形變模型的活動(dòng)表面定義為三維空間(x,y,z)上的一個(gè)參數(shù)化曲面，三維形變模型變形過(guò)程就是活動(dòng)表面在內(nèi)力和外力的共同作用下向目標(biāo)物體邊緣靠近的過(guò)程，內(nèi)力保持活動(dòng)表面的光滑性和連續(xù)性，三角網(wǎng)絡(luò)模型是三維形變模型的一種離散化表達(dá)方式，一個(gè)三角基本單元由一個(gè)頂點(diǎn)i，和它周圍的四個(gè)相鄰點(diǎn)v(i，0)、v(i，1)、v(i，2)、v(i，3)組成，這些相鄰點(diǎn)v(i，0)、v(i，1)、v(i，2)、v(i，3)又分別作為相鄰三角基本單元的頂點(diǎn)，再與其周圍的四個(gè)相鄰點(diǎn)形成新的三角單元，其中在內(nèi)力的計(jì)算中，分別計(jì)算包含頂點(diǎn)i的各三角面片的單位法向量ni,k，通過(guò)計(jì)算加權(quán)和確定頂點(diǎn)i的單位法向量ri，在三角網(wǎng)絡(luò)模型中，頂點(diǎn)i和鄰接點(diǎn)v(i，k)之間的連接向量di,k定義為

di,k＝pi-pv(i,k)

其中，pi表示三角網(wǎng)絡(luò)模型中每個(gè)頂點(diǎn)的位置，將di,k歸一化，得到頂點(diǎn)i和鄰接點(diǎn)v(i，k)之間的單位連接向量di,k，表示為

由i、v(i，k)和v(i，k+1)組成的三角面片法向量ni,k定義為

ni,k＝di,k×di,k+1

將ni,k歸一化，得到三角面片的單位法向量ni,k定義為

頂點(diǎn)i的法向量ri定義為頂點(diǎn)i周圍的四個(gè)三角面片單位法向量ni,k的加權(quán)平均值，為

頂點(diǎn)i的單位法向量ri定義為

然后分別計(jì)算法向量ri與各三角面片的發(fā)向量ni,k之差，通過(guò)計(jì)算加權(quán)和確定頂點(diǎn)i的曲率ci，在三角網(wǎng)絡(luò)模型中，頂點(diǎn)i與相鄰的第k個(gè)三角面片之間的曲率定義為頂點(diǎn)法向量ri與曲面法向量之差，頂點(diǎn)i的曲率ci定義為頂點(diǎn)i與所有相鄰三角面片曲率的加權(quán)平均值，ci的計(jì)算公式如下：

其中ri確定了內(nèi)力的方向，ci確定了內(nèi)力的大小，內(nèi)力fi,k定義為

請(qǐng)參閱圖3，橢球的三維初始輪廓將按照三角基本單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，形成三角網(wǎng)絡(luò)模型，其離散化過(guò)程為：首先在橢球上的每一層x-y平面上進(jìn)行相同數(shù)量的采樣，本發(fā)明中分別對(duì)每層采樣點(diǎn)數(shù)選用18、36、72進(jìn)行，并最終選定為每層36個(gè)點(diǎn)，即每隔10°采集一個(gè)點(diǎn)，采樣點(diǎn)過(guò)密不僅運(yùn)算較為復(fù)雜，而且形變時(shí)容易產(chǎn)生交叉重疊，相反采樣點(diǎn)過(guò)疏則會(huì)影響最后的分割精度；其次將每一層的采樣點(diǎn)按采樣次序依次連接起來(lái)；最后連接相鄰的兩層中同一角度的采樣點(diǎn)，最終得到離散的橢球模型。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。