《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》是海信集團有限公司於2014年2月18日申請的專利，該專利的申請號為2014100546006，公布號為CN103810752A，授權公布日為2014年5月21日，發明人是陳永健、劉靜靜、劉榮、王佳。
《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》提供了一種基於醫學圖像的肝臟分段方法，包括：獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊；根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
2018年12月20日，《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統
- 公告號：CN103810752A
- 授權日：2014年5月21日
- 申請號：2014100546006
- 申請日：2014年2月18日
- 申請人：海信集團有限公司
- 地址：山東省青島市嶗山區株洲路151號
- 發明人：陳永健、劉靜靜、劉榮、王佳
- Int.Cl.：G06T17/00(2006.01)I; A61B5/00(2006.01)I
- 代理機構：北京友聯智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 代理人：尚志峰、汪海屏
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年2月18日，隨著外科手術的不斷發展，精準外科手術對計算機醫學影像系統提出了更高的要求，在肝膽外科手術中，醫生在術前就需要對肝臟的病變區域，以及與血管的支配關係進行詳細的了解。
藉助於計算機3D成像系統以及肝臟分段技術，醫生在術前就能對肝臟內各組織之間的關係有著清晰、直觀、立體的把握，並且能夠根據肝臟自動分段結果判斷手術能否實施，從而使得醫生在手術前做好詳細的規劃，手術過程中精準切除癌變組織減少健康組織損傷。此外，肝臟分段結果要保證切除其中一段後不會影響其他部分的功能，要在徹底切除病灶與保證剩餘肝臟功能之間取得精確的平衡，只有這樣才能為臨床手術提供指導和參考。
由於三維重建和虛擬手術都是基於患者個體信息的特徵，因此必須滿足個體差異化的要求。截至2014年2月18日的肝臟分段方法，例如Couinaud分段法，主要是根據門靜脈的分布特點，按順時針方向將肝臟分為尾狀葉段、左外葉上段、左外葉下段、左內葉、右前葉下段、右後葉下段、右後葉上段、右前葉上段。這種對肝臟機械的分段方法沒有考慮到個體差異（即不同患者的門靜脈分布存在差異）以及臨床上經常出現的肝臟變異（肝臟形狀發生變化，以及門靜脈的分布也發生變化）的情況，因此，若針對所有患者的肝臟都機械地按照以上分段方法進行分段，會造成肝臟分段的不準確，臨床指導意義不大。
因此，如何能夠針對上述問題選取有針對性的肝臟分段方法靈活地對肝臟進行分段成為亟待解決的技術問題。
發明內容
專利目的
《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》提供了一種新的肝臟分段技術，可以根據肝臟中門靜脈的分支情況，以及與門靜脈的每條分支相對應的肝臟區域，對肝臟的三維重建圖像進行分段，使得能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，避免了對每個患者的肝臟都根據肝臟的外形進行分段而導致分段結果的不準確。
技術方案
《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》提供了一種基於醫學圖像的肝臟分段方法，包括：獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊；根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
在該技術方案中，通過將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，並分別判斷每個立方體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，即判斷該立方體塊內是否包含門靜脈分支，進而選取與門靜脈的每條分支相對應的立方體塊，通過對肝臟上的每一塊區域都進行遍歷分析，使得能夠更加精確地劃分門靜脈的每條分支的支配區域（即與每條分支相對應的立方體塊），從而在對肝臟進行分段時，能夠靈活地根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟進行分段，即能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈在肝臟中的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，避免了對每個患者的肝臟都機械地進行分段（如Couinaud分段法）而導致分段結果的不準確，提高了肝臟分段的靈活性與準確性。其中，支配區域是與門靜脈分支緊密關聯的區域，通過劃分門靜脈的每條分支的支配區域，使得在對肝臟分段之後，每一段都能夠相對獨立，即切除任一段後不會影響到其他部分的功能。
此外，在對肝臟的三維重建圖像進行分塊時，並不局限於僅將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，也可以將肝臟的三維重建圖像劃分為多個長方體塊，還可以劃分為多個球體塊等，並依次判斷每個長方體塊或球體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，以確定門靜脈的每條分支的支配區域。
根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的另一方面，還提出了一種基於醫學圖像的肝臟分段系統，包括：圖像獲取單元，用於獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；處理單元，用於根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；劃分單元，用於將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊，以及根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；分段單元，用於根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
在該技術方案中，通過將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，並分別判斷每個立方體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，即判斷該立方體塊內是否包含門靜脈分支，進而選取與門靜脈的每條分支相對應的立方體塊，通過對肝臟上的每一塊區域都進行遍歷分析，使得能夠更加精確地劃分門靜脈的每條分支的支配區域（即與每條分支相對應的立方體塊），從而在對肝臟進行分段時，能夠靈活地根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟進行分段，即能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈在肝臟中的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，避免了對每個患者的肝臟都機械地進行分段（如Couinaud分段法）而導致分段結果的不準確，提高了肝臟分段的靈活性與準確性。其中，支配區域是與門靜脈分支緊密關聯的區域，通過劃分門靜脈的每條分支的支配區域，使得在對肝臟分段之後，每一段都能夠相對獨立，即切除任一段後不會影響到其他部分的功能。
此外，在對肝臟的三維重建圖像進行分塊時，並不局限於僅將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，也可以將肝臟的三維重建圖像劃分為多個長方體塊，還可以劃分為多個球體塊等，並依次判斷每個長方體塊或球體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，以確定門靜脈的每條分支的支配區域。
附圖說明
圖1示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法的示意流程圖；
圖2示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段系統的示意框圖；
圖3示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的另一個實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法的示意流程圖；
圖4示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的門靜脈分級結構示意圖；
圖5示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的門靜脈分支的支配區域的劃分過程示意圖。
技術領域
《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》涉及數字醫療領域，具體而言，涉及一種基於醫學圖像的肝臟分段方法和一種基於醫學圖像的肝臟分段系統。
權利要求
1.一種基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，包括：獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊；根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
2.根據權利要求1所述的基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述每條分支的支配區域的步驟具體為：若指定立方體塊內僅包含所述門靜脈的一條分支，則將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；若指定立方體塊內包含所述門靜脈的多條分支，則將所述指定立方體塊作為所述多條分支的邊界區域。
3.根據權利要求2所述的基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，還包括：若指定立方體塊內不包含所述門靜脈的任何分支，則以所述立方體塊的中心為球心，以所述立方體塊的棱長為直徑構建虛擬球體，並以第一預定數值依次增加所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的分支，以及判斷所述虛擬球體內包含的所述門靜脈的分支數量，若在所述虛擬球體內僅出現一條分支，則將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；若所述虛擬球體內出現多條分支，則以第二預定數值依次減小所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的一條分支，並將所述立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域。
4.根據權利要求1所述的基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，所述根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支的步驟具體為：在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；若所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點，則進一步判斷所述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值，以及在所述至少三個像素點中指定像素點所在位置處的門靜脈的半徑大於或等於預定閾值時，判定所述指定像素點所在位置處的門靜脈為所述任一像素點所在位置處的門靜脈的分支。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，所述獲取肝臟的三維重建圖像的步驟具體為：採用水平集分割方法對腹部二維CT圖像進行分割，以得到與肝臟相對應的分割序列；採用移動立方體算法從與肝臟相對應的分割序列中提取等值面；對與所述等值面相對應的三角面片進行最佳化處理；採用拉普拉斯平滑技術，通過預設的疊代次數對經過最佳化處理的三角面片進行平滑處理；對經過所述平滑處理後的三角面片的等值面進行拼接，以得到所述肝臟的三維重建圖像。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的基於醫學圖像的肝臟分段方法，其特徵在於，獲取所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像的步驟具體為：在與所述肝臟相對應的分割序列中，採用區域生長算法提取門靜脈信息，並分別連通與所述肝臟相對應的分割序列中相鄰層的分割序列中的門靜脈，以得到與所述門靜脈相對應的分割序列；對與所述門靜脈相對應的分割序列中相鄰層的分割序列中的門靜脈進行插值處理；採用移動立方體算法從與所述門靜脈相對應的分割序列中提取等值面；對與所述等值面相對應的三角面片進行最佳化處理；對經過最佳化處理後的三角面片進行平滑處理；對經過所述平滑處理後的三角面片的等值面進行拼接，以得到所述門靜脈的三維重建圖像。
7.一種基於醫學圖像的肝臟分段系統，其特徵在於，包括：圖像獲取單元，用於獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；處理單元，用於根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；劃分單元，用於將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊，以及根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；分段單元，用於根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
8.根據權利要求7所述的基於醫學圖像的肝臟分段系統，其特徵在於，所述劃分單元具體用於：在指定立方體塊內僅包含所述門靜脈的一條分支時，將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；以及在指定立方體塊內包含所述門靜脈的多條分支時，將所述指定立方體塊作為所述多條分支的邊界區域。
9.根據權利要求8所述的基於醫學圖像的肝臟分段系統，其特徵在於，所述劃分單元包括：虛擬球體構建單元，用於在指定立方體塊內不包含所述門靜脈的任何分支時，以所述立方體塊的中心為球心，以所述立方體塊的棱長為直徑構建虛擬球體，並以第一預定數值依次增加所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的分支，以及在判斷單元判定所述虛擬球體內包含多條分支時，以第二預定數值依次減小所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的一條分支；所述判斷單元，用於判斷所述虛擬球體內包含的所述門靜脈的分支數量；所述劃分單元還用於：在所述判斷單元判定所述虛擬球體內僅包含所述門靜脈的一條分支時，將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的基於醫學圖像的肝臟分段系統，其特徵在於，所述處理單元包括：中心線獲取單元，用於在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；以及判定單元，用於在所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，進一步判斷所述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值，以及在所述至少三個像素點中指定像素點所在位置處的門靜脈的半徑大於或等於預定閾值時，判定所述指定像素點所在位置處的門靜脈為所述任一像素點所在位置處的門靜脈的分支。
實施方式
圖1示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法的示意流程圖。
如圖1所示，根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法，包括：步驟102，獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；步驟104，根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；步驟106，將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊；步驟108，根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；步驟110，根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
在該技術方案中，通過將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，並分別判斷每個立方體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，即判斷該立方體塊內是否包含門靜脈分支，進而選取與門靜脈的每條分支相對應的立方體塊，通過對肝臟上的每一塊區域都進行遍歷分析，使得能夠更加精確地劃分門靜脈的每條分支的支配區域（即與每條分支相對應的立方體塊），從而在對肝臟進行分段時，能夠靈活地根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟進行分段，即能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈在肝臟中的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，避免了對每個患者的肝臟都機械地進行分段（如Couinaud分段法）而導致分段結果的不準確，提高了肝臟分段的靈活性與準確性。其中，支配區域是與門靜脈分支緊密關聯的區域，通過劃分門靜脈的每條分支的支配區域，使得在對肝臟分段之後，每一段都能夠相對獨立，即切除任一段後不會影響到其他部分的功能。
此外，在對肝臟的三維重建圖像進行分塊時，並不局限於僅將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，也可以將肝臟的三維重建圖像劃分為多個長方體塊，還可以劃分為多個球體塊等，並依次判斷每個長方體塊或球體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，以確定門靜脈的每條分支的支配區域。
在上述技術方案中，優選地，所述根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支的步驟具體為：在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；若所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點，則判定所述門靜脈在所述任一像素點處出現分支。
在該技術方案中，通常情況下，在門靜脈不存在分支時，門靜脈中心線上任一像素的26鄰域區域內只存在兩個像素點，因此可以通過檢測門靜脈中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在的像素點數量來判定門靜脈是否出現分支。
在上述技術方案中，優選地，所述根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支的步驟具體為：在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；若所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點，則進一步判斷所述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值，以及在所述至少三個像素點中指定像素點所在位置處的門靜脈的半徑大於或等於預定閾值時，判定所述指定像素點所在位置處的門靜脈為所述任一像素點所在位置處的門靜脈的分支。
在該技術方案中，在門靜脈中心線上任一像素的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，也可能是由於在該像素點處出現了毛刺，因此通過在門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，進一步對上述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值進行判斷，可以排除門靜脈上出現毛刺的情況，提高了判斷結果的準確性。
在上述技術方案中，優選地，根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述每條分支的支配區域的步驟具體為：若指定立方體塊內僅包含所述門靜脈的一條分支，則將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；若指定立方體塊內包含所述門靜脈的多條分支，則將所述指定立方體塊作為所述多條分支的邊界區域。
在該技術方案中，邊界區域是肝臟分段時每一段與其他段之間的區域。
在上述技術方案中，優選地，還包括：若指定立方體塊內不包含所述門靜脈的任何分支，則以所述立方體塊的中心為球心，以所述立方體塊的棱長為直徑構建虛擬球體，並以第一預定數值依次增加所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的分支，以及判斷所述虛擬球體內包含的所述門靜脈的分支數量，若在所述虛擬球體內僅出現一條分支，則將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；若所述虛擬球體內出現多條分支，則以第二預定數值依次減小所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的一條分支，並將所述立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域。
在上述技術方案中，優選地，所述獲取肝臟的三維重建圖像的步驟具體為：採用水平集分割方法對腹部二維CT圖像進行分割，以得到與肝臟相對應的分割序列；採用移動立方體算法從與肝臟相對應的分割序列中提取等值面；對與所述等值面相對應的三角面片進行最佳化處理；採用拉普拉斯平滑技術，通過預設的疊代次數對經過最佳化處理的三角面片進行平滑處理；對經過所述平滑處理後的三角面片的等值面進行拼接，以得到所述肝臟的三維重建圖像。
在該技術方案中，移動立方體算法（MarchingCubes）可以將等值面的抽取分布於每一個體素中進行，對於每個被處理的體素，以三角面片來逼近其內部的等值面，在對經過最佳化處理後的三角面片進行平滑處理時，採用拉普拉斯平滑技術，並設定相應的疊代次數，通過調整點的位置減少表面噪點。
此外，由於CT圖像是按照一定的層厚進行掃面的，因此必須對CT圖像的層厚按照實際掃描厚度進行拉伸處理，這樣才能得到與真實掃描對象同等比例的重建結果。
在上述技術方案中，優選地，獲取肝臟中的門靜脈的三維重建圖像的步驟具體為：在與肝臟相對應的分割序列中，採用區域生長算法提取門靜脈信息，並分別連通與所述肝臟相對應的分割序列中相鄰層的分割序列中的門靜脈，以得到與所述門靜脈相對應的分割序列；對所述與門靜脈相對應的分割序列中相鄰層的分割序列中的門靜脈進行插值處理；採用移動立方體算法從與所述門靜脈相對應的分割序列中提取等值面；對與所述等值面相對應的三角面片進行最佳化處理；對經過最佳化處理後的三角面片進行平滑處理；對經過所述平滑處理後的三角面片的等值面進行拼接，以得到所述門靜脈的三維重建圖像。
在該技術方案中，由於血管比較精細，為了確保重建後的三維圖像中血管的連續性，需要對與血管相對應的分割序列中相鄰層的分割序列中的門靜脈進行插值處理。
在上述技術方案中，優選地，所述對與所述等值面相對應的三角面片進行最佳化處理的步驟具體為：判斷每個三角面片的頂點與對應的矩形塊的位置關係；若指定三角面片的三個頂點都在與所述指定三角面相對應的矩形塊內，則捨棄所述三角面片，若指定三角面片的三個頂點中的其中兩個頂點在與所述指定三角面相對應的矩形塊內，則僅保留所述其中兩個頂點之間的連線，若指定三角面片的三個頂點中只有一個頂點在與所述指定三角面片相對應的矩形塊內，則保留所述指定三角面片。
通過對三角面片的處理，可以減少進行重建的三角面片的數量，從而可以提高三維重建的效率。
圖2示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段系統的示意框圖。
如圖2所示，根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的基於醫學圖像的肝臟分段系統200，包括：圖像獲取單元202，用於獲取肝臟的三維重建圖像，以及所述肝臟中的門靜脈的三維重建圖像；處理單元204，用於根據所述門靜脈的三維重建圖像，確定所述門靜脈的每條分支；劃分單元206，用於將所述肝臟的三維重建圖像劃分為多個預定體積的立方體塊，以及根據每個所述立方體塊與所述門靜脈的每條分支的對應關係，在所述肝臟的三維重建圖像上劃分所述門靜脈的每條分支的支配區域；分段單元208，用於根據所述門靜脈的每條分支的支配區域對所述肝臟的三維重建圖像進行分段。
在該技術方案中，通過將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，並分別判斷每個立方體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，即判斷該立方體塊內是否包含門靜脈分支，進而選取與門靜脈的每條分支相對應的立方體塊，通過對肝臟上的每一塊區域都進行遍歷分析，使得能夠更加精確地劃分門靜脈的每條分支的支配區域（即與每條分支相對應的立方體塊），從而在對肝臟進行分段時，能夠靈活地根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟進行分段，即能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈在肝臟中的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，避免了對每個患者的肝臟都機械地進行分段（如Couinaud分段法）而導致分段結果的不準確，提高了肝臟分段的靈活性與準確性。其中，支配區域是與門靜脈分支緊密關聯的區域，通過劃分門靜脈的每條分支的支配區域，使得在對肝臟分段之後，每一段都能夠相對獨立，即切除任一段後不會影響到其他部分的功能。
此外，在對肝臟的三維重建圖像進行分塊時，並不局限於僅將肝臟的三維重建圖像劃分為多個立方體塊，也可以將肝臟的三維重建圖像劃分為多個長方體塊，還可以劃分為多個球體塊等，並依次判斷每個長方體塊或球體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，以確定門靜脈的每條分支的支配區域。
在上述技術方案中，優選地，所述處理單元204包括：中心線獲取單元2042，用於在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；以及判定單元2044，用於在所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，判定所述門靜脈在所述任一像素點處出現分支。
在該技術方案中，通常情況下，在門靜脈不存在分支時，門靜脈中心線上任一像素的26鄰域區域內只存在兩個像素點，因此可以通過檢測門靜脈中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在的像素點數量來判定門靜脈是否出現分支。
在上述技術方案中，優選地，所述處理單元204包括：中心線獲取單元2042，用於在所述門靜脈的三維重建圖像中，獲取所述門靜脈的中心線；以及判定單元2044，用於在所述門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，進一步判斷所述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值，以及在所述至少三個像素點中指定像素點所在位置處的門靜脈的半徑大於或等於預定閾值時，判定所述指定像素點所在位置處的門靜脈為所述任一像素點所在位置處的門靜脈的分支。
在該技術方案中，在門靜脈中心線上任一像素的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，也可能是由於在該像素點處出現了毛刺，因此通過在門靜脈的中心線上任一像素點的26鄰域區域記憶體在至少三個像素點時，進一步對上述至少三個像素點中每個像素點所在位置處的門靜脈的半徑是否大於或等於預定閾值進行判斷，可以排除門靜脈上出現毛刺的情況，提高了判斷結果的準確性。
在上述技術方案中，優選地，所述劃分單元206具體用於：在指定立方體塊內僅包含所述門靜脈的一條分支時，將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域；以及在指定立方體塊內包含所述門靜脈的多條分支時，將所述指定立方體塊作為所述多條分支的邊界區域。
在該技術方案中，邊界區域是肝臟分段時每一段與其他段之間的區域。
在上述技術方案中，優選地，所述劃分單元206包括：虛擬球體構建單元2062，用於在指定立方體塊內不包含所述門靜脈的任何分支時，以所述立方體塊的中心為球心，以所述立方體塊的棱長為直徑構建虛擬球體，並以第一預定數值依次增加所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的分支，以及在判斷單元2064判定所述虛擬球體內包含多條分支時，以第二預定數值依次減小所述虛擬球體的直徑，直到所述虛擬球體內出現所述門靜脈的一條分支；所述判斷單元2064，用於判斷所述虛擬球體內包含的所述門靜脈的分支數量；所述劃分單元206還用於：在所述判斷單元2064判定所述虛擬球體內僅包含所述門靜脈的一條分支時，將所述指定立方體塊劃分為所述一條分支的支配區域。
圖3示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的另一個實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法的示意流程圖。
如圖3所示，根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的另一個實施例的基於醫學圖像的肝臟分段方法，包括：
步驟302，在腹部CT圖像上進行肝臟分割，得到肝臟分割輪廓。
具體來說，可以採用水平集分割方法，對首張腹部CT圖像手動設定初始水平集，分割完成後，上一張圖像序列的分割結果作為下一張圖像序列的參考初始水平集，以實現自動分割，在遇到分割錯誤的情況，針對分割錯誤圖像可以由人工輔助設定初始水平集進行分割，在分割完成之後，採用形態學膨脹算法對分割結果中肝臟輪廓區域內部的空洞進行填充，然後採用高斯平滑算法對肝臟輪廓進行邊緣平滑。當然，也可以對肝部CT圖像進行分割，以得到肝臟分割輪廓。
步驟304，獲取腹部CT醫學圖像的肝臟分割結果和門靜脈提取結果。
具體來說，可以將步驟302中得到的肝臟分割輪廓作為掩模，保留腹部CT圖像的肝臟區域（即將肝臟區域部分的值設為1，其餘部分設為0），並在已經分割好的腹部CT圖像上採用區域生長算法提取二維門靜脈信息，採用層間聯通方法實現門靜脈的層與層之間的聯通，不能實現上下聯通的部分，則視為噪點，捨棄，最終得到門靜脈分割序列。
步驟306，構建肝臟、門靜脈的三維重建模型。
具體來說，可以採用移動立方體算法在肝臟的分割序列中提取等值面，根據實際需求設定閾值，以得到等值面模型。此外，由於CT圖像是按照一定厚度進行掃描的，因此需要對CT圖像的層厚進行拉伸處理，層厚拉伸度需要根據實際CT掃描層厚進行設定。然後採用頂點合併法將將長、寬、高固定的矩形塊內的三角面片合併為大的三角面片，其中，長、寬、高的參數可以調節設定。
進一步地，可以採用拉普拉斯平滑技術對三角面片進行平滑處理，並可以設定一定疊代次數，以通過調整點的位置減少表面噪點，使三角面片的表面繪製更加平滑。在對三角面片進行平滑處理之後，可以計算格線上每個點的法線，並通過高洛德著色算法實現對三角面片的光照平滑處理。在經過平滑處理之後進行等值面拼接，以得到肝臟的三維重建模型。
類似地，可以得到門靜脈的三維重建模型。
步驟308，對門靜脈的三維重建模型按照分支情況進行標記。
具體來說，可以採用三維拓撲細化方法獲取門靜脈三維結果的中心線；然後從門靜脈的主幹開始，根據門靜脈是否出現分支以及門靜脈半徑判斷分支情況，判斷標準為：若門靜脈中心線上任一像素的26鄰域範圍內出現至少三個像素點且該點（即至少三個像素點中的任一個）處門靜脈半徑超過設定閾值，則認為血管出現分級；否則，認為該支血管不具備分級條件。
在進行標記時，可以按照圖4中所示的標記方法，即主幹標記為0級（即圖4中所示的402），若遇到分支，則標記為1級血管（即圖4中所示的404），若1級血管遇到分支，則標記為2級血管（即圖4中所示的406）。將不同等級的血管分別進行標記。
步驟310，將肝臟劃分為多個立方體肝臟塊，根據每個立方體肝臟塊與門靜脈的每條分支的對應關係進行門靜脈的每條分支的支配區域的劃分。
具體來說，對肝臟的三維重建圖像依次按照L·L·L像素大小的立方體塊進行遍歷搜尋，判斷該立方體肝臟塊內部是否存在標記好的血管，如果存在，則該立方體肝臟塊為當前分支血管的支配區域，否則，以立方體肝臟塊塊中心為球心，直徑R=L+nr構建虛擬球體，其中，r表示每次擴展的步長，可根據實際需要進行設定，n表示擴張次數。判斷擴張後的球體範圍內是否存在標記好的血管，如果只存在一種標記好的血管，則將該立方體肝臟塊劃分為當前分支血管的支配區域。
若在擴張後的球體範圍記憶體在多種已標記的血管，則按照球心不變，球體直徑R=L+nr-i內縮球體，判斷在內縮過程中，球體範圍內的血管分支數目，若分支血管數目為1，則將當前立方體肝臟塊劃分為當前分支血管的支配區域，否則，繼續內縮，直到該擴張球體範圍的分支血管數目到1為止。依次對肝臟的三維重建模型進行上述判斷，直至整個肝臟遍歷完畢。
步驟312，根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟的三維重建圖像進行分段。
具體地，可以將門靜脈的每條分支的支配區域劃分為一段。
其中，步驟310的具體流程圖可以如圖5所示。
圖5示出了根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的門靜脈分支的支配區域的劃分過程示意圖。
如圖5所示，根據《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的實施例的門靜脈分支的的支配區域的劃分過程，包括：
步驟502，選取某一棱長為L的立方體肝臟塊。
步驟504，判斷選取到的立方體肝臟塊內是否有分支血管存在，若是，則執行步驟506；否則，執行步驟508。
步驟506，在判定立方體肝臟塊內有分支血管存在時，進一步判斷分支血管是否為一條，若是，則執行步驟518；若判定立方體肝臟塊內有多條分支血管，則將該立方體肝臟塊作為上述多條分支血管的邊界區域。
步驟508，在判定立方體肝臟塊內沒有分支血管存在時，以立方體肝臟塊的中心為球心，直徑R=L+nr構建虛擬球體，其中r為每次擴展的步長，n為擴展的次數，其中n以任意自然數（例如1）為初始值，且每次增長預定數值（例如1），r為大於0的任意數值。
步驟510，判斷球體內是否有分支血管存在，若是，則執行步驟512；否則，繼續擴展球體的直徑並繼續判斷球體內是否有分支血管存在。
步驟512，在判定球體內有分支血管存在時，進一步判斷分支血管是否為一條，若是，則執行步驟518；否則，執行步驟514。
步驟514，在判定球體內有多條分支血管時，球體內縮，其中球體的球心不變，直徑R=L+nr-i，i為每次直徑減少的值，其中n以任意自然數（例如1）為初始值，且每次增長預定數值（例如1），r與i為大於0的任意數值。
步驟516，判斷球體內是否只存在一條分支血管，若是，則執行步驟518；否則，i值加1，當然，也可以增加預定數值。
步驟518，在判定立方體肝臟塊內有一條分支血管和/或球體內只存在一條分支血管時，將該立方體肝臟塊劃分為當上述一條分支血管的支配區域。
對其餘立方體肝臟塊重複利用上述判斷方法，直至完成對所有立方體肝臟塊的遍歷搜尋。通過對每個立方體肝臟塊進行判斷，能夠精確劃分門靜脈的每條分支的支配區域。
通過判斷每個立方體塊與門靜脈的每條分支之間的對應關係，即通過在立方體塊內或者與立方體塊對應的虛擬球體內尋找是否包含某分支血管的標記，以及標記個數，從而判斷該立方體塊與各條分支血管的包含關係，也就得出是否屬於該分支血管的支配區域，同時也選取了與門靜脈的每條分支相對應的立方體塊；通過對肝臟上的每一塊區域都進行遍歷分析，使得能夠更加精確地劃分門靜脈的每條分支的支配區域（即與每條分支相對應的立方體塊），從而在對肝臟進行分段時，能夠靈活地根據門靜脈的每條分支的支配區域對肝臟進行分段，即能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈在肝臟中的分布情況）靈活地選取有針對性的肝臟分段方法，提高了肝臟分段的靈活性與準確性。
《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的上述實施例中所述的肝臟分段方法，能夠根據多個微分肝臟塊與門靜脈的分支對應情況進行肝臟分段，能夠較為精準的確定門靜脈分支所支配的該部分肝臟組織，從而能夠針對每個患者的肝臟特徵靈活地選擇相應的肝臟分段方法進行肝臟分段，使得醫生在術前就能對患者的肝部構造和腫瘤情況有全面、立體、直觀的把握，為醫生做好術前規劃提供了可靠的依據，以及為進一步實施精準手術提供相當有價值的參考，可以在手術前提高肝癌患者的手術實施率，手術過程中精準切除癌變組織並減少健康組織損傷，降低肝癌的復發。
以上結合附圖詳細說明了《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》的技術方案，考慮到相關技術中的肝臟分段方法是根據肝臟外形進行分段，沒有考慮到臨床上經常出現的肝臟變異的情況，臨床指導意義不大。此外，肝臟分段結果要保證切除其中一段後不會影響其他部分的功能，要在徹底切除病灶與保證剩餘肝臟功能之間取得精確的平衡，只有這樣才能為臨床手術提供指導和參考。因此，《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》提供了一種新的肝臟分段技術，可以根據肝臟中門靜脈的分支情況，以及與門靜脈的每條分支相對應的肝臟區域，對肝臟的三維重建圖像進行分段，使得能夠針對不同患者的肝臟特徵（即門靜脈的分布情況）選取有針對性的肝臟分段方法，提高了對肝臟分段的靈活性。
榮譽表彰
2018年12月20日，《基於醫學圖像的肝臟分段方法及其肝臟分段系統》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
