一種分割三維醫(yī)療圖像的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及醫(yī)療圖像分割技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分割三維醫(yī)療圖像的方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)學(xué)圖像分割是正常組織和病變組織的三維可視化、手術(shù)模擬、圖形引導(dǎo)手術(shù)等 后續(xù)處理的基礎(chǔ)，分割的準(zhǔn)確性對醫(yī)生判斷患者疾病的真實情況并做出相應(yīng)的診斷計劃至 關(guān)重要。
[0003] 以對結(jié)腸息肉的CT圖像進(jìn)行分割為例，相關(guān)技術(shù)中，分割結(jié)腸息肉圖像的方法是 基于病變組織的球形或半球形的幾何結(jié)構(gòu)，依賴形狀曲率等參數(shù)確定結(jié)腸息肉的分割面。 然而，實際結(jié)腸息肉按照表面型態(tài)可以分為：廣基型、帶蒂型、平坦型等，相關(guān)技術(shù)提供的 分割方法僅適用于帶蒂型息肉，容易漏檢廣基型、平坦型息肉，而臨床醫(yī)學(xué)證明平坦型結(jié)腸 息肉的危害最大，因而相關(guān)技術(shù)提供的分割方法無法準(zhǔn)確定位并分割息肉組織，醫(yī)療圖像 分割技術(shù)的準(zhǔn)確性亟需提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N分割三維醫(yī)療圖像的方法和裝置，以提高醫(yī)療圖像分 割的準(zhǔn)確性。
[0005] 具體地，本申請是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 第一方面，提供一種分割三維醫(yī)療圖像的方法，所述方法包括：
[0007] 獲取病變部位的原始三維醫(yī)療圖像；
[0008] 從所述原始三維醫(yī)療圖像中選取感興趣區(qū)域，構(gòu)建所述感興趣區(qū)域的網(wǎng)格模型；
[0009] 計算所述網(wǎng)格模型的距離場信息和形狀索引特征；
[0010] 根據(jù)所述距離場信息拆分所述網(wǎng)格模型；
[0011] 根據(jù)所述距離場信息、所述形狀索引特征以及每個點(diǎn)的灰度代價統(tǒng)計值，計算拆 分后的網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的混合代價值；
[0012] 根據(jù)所述每個點(diǎn)的混合代價值確定切割路徑；
[0013] 依據(jù)所述切割路徑從所述感興趣區(qū)域中分割目標(biāo)組織。
[0014] 可選地，所述從所述原始三維醫(yī)療圖像中選取感興趣區(qū)域，并構(gòu)建所述感興趣區(qū) 域的網(wǎng)格模型，包括：
[0015] 在所述原始三維醫(yī)療圖像中標(biāo)識種子點(diǎn)；
[0016] 根據(jù)所述種子點(diǎn)選取感興趣區(qū)域；
[0017] 根據(jù)第一預(yù)設(shè)閾值，利用預(yù)設(shè)算法構(gòu)造所述感興趣區(qū)域的等值面；
[0018] 計算所述等值面中各元素之間的關(guān)系，所述關(guān)系包括：點(diǎn)點(diǎn)關(guān)系、面面關(guān)系、點(diǎn)面 關(guān)系、面點(diǎn)關(guān)系；
[0019] 計算所述等值面中每個點(diǎn)的法向量和每個面的法向量；
[0020] 根據(jù)所述等值面中各元素之間的關(guān)系、每個點(diǎn)的法向量和每個面的法向量，構(gòu)建 所述感興趣區(qū)域的網(wǎng)格模型。
[0021] 可選地，在計算所述等值面中各元素之間的關(guān)系之前，還包括：
[0022] 利用所述種子點(diǎn)選取最大連通的等值面作為構(gòu)建網(wǎng)格模型的目標(biāo)區(qū)域。
[0023] 可選地，所述計算網(wǎng)格模型的距離場信息，包括：
[0024] 根據(jù)所述種子點(diǎn)確定第一起始點(diǎn)，所述第一起始點(diǎn)為用于距離場計算的起始點(diǎn)；
[0025] 計算所述網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最短距離Dis ;
[0026] 計算所述網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最長距離MaxDis ;
[0027] 所述計算網(wǎng)格模型的形狀索引特征，包括：
[0028] 計算所述網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的最大主曲率k_和最小主曲率k_;
[0029] 根據(jù)所述最大主曲率k_和最小主曲率k_，按照以下公式計算每個點(diǎn)的形狀索引 值SI :
[0031] 可選地，所述根據(jù)所述距離場信息拆分所述感興趣區(qū)域的網(wǎng)格模型，包括：
[0032] 根據(jù)所述距離場信息，在網(wǎng)格模型中確定第二起始點(diǎn)，所述第二起始點(diǎn)為拆分路 徑的起始點(diǎn)；
[0033] 從所述第二起始點(diǎn)開始，按照以下步驟執(zhí)行多次迭代運(yùn)算：
[0034] 沿當(dāng)前點(diǎn)的距離梯度最大的方向確定當(dāng)前點(diǎn)的鄰近點(diǎn)，將所述鄰近點(diǎn)作為下一次 迭代運(yùn)算的當(dāng)前點(diǎn)；
[0035] 直到確定的鄰近點(diǎn)為所述第一起始點(diǎn)，結(jié)束上述迭代運(yùn)算；
[0036] 順序連接當(dāng)前點(diǎn)和對應(yīng)鄰近點(diǎn)所在的邊，獲得網(wǎng)格拆分線；
[0037] 根據(jù)所述網(wǎng)格拆分線拆分所述網(wǎng)格模型，生成搜索路徑的起始點(diǎn)集合和終止點(diǎn)集 合。
[0038] 可選地，所述根據(jù)所述距離場信息、所述形狀索引特征以及每個點(diǎn)的灰度代價統(tǒng) 計值，計算拆分后的網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)的混合代價值，包括：
[0039] 統(tǒng)計拆分后的網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)的灰度代價統(tǒng)計值，所述每個點(diǎn)的灰度代價統(tǒng)計 值包括：每個點(diǎn)對應(yīng)的第一低密度體素數(shù)量N1和第二低密度體素數(shù)量N2,其中，所述第一 低密度體素數(shù)量N1是以當(dāng)前點(diǎn)為中心的預(yù)設(shè)模板中包含的、低于第二預(yù)設(shè)閾值的體素的 個數(shù)；所述第二低密度體素數(shù)量N2是當(dāng)前點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的連線經(jīng)過的低于所述第 二預(yù)設(shè)閾值的體素的個數(shù)；
[0040] 采用以下公式計算拆分后的網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的混合代價值fCost :
[0041] fCost = (fwl XNl+fw2 XN2+fw3 X abs (SI-〇. 5)) X (MaxDis/Dis)；
[0042] 其中，fwl、fw2、fw3為權(quán)重比例；MaxDis為所述網(wǎng)格模型上的每個點(diǎn)到所述第一 起始點(diǎn)的最長距離；Dis為所述網(wǎng)格模型上的每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最短距離。
[0043] 可選地，所述根據(jù)所述每個點(diǎn)的混合代價值確定切割路徑，包括：
[0044] 根據(jù)所述每個點(diǎn)的混合代價值，搜索拆分后的網(wǎng)格模型上每一個起始點(diǎn)到對應(yīng)終 止點(diǎn)的最小代價路徑；
[0045] 比較每條最小代價路徑對應(yīng)的路徑代價值，所述路徑代價值為所述最小代價路徑 上每個點(diǎn)的混合代價值之和；
[0046] 將最小的路徑代價值對應(yīng)的最小代價路徑作為所述切割路徑。
[0047] 可選地，所述感興趣區(qū)域的網(wǎng)格模型為三角網(wǎng)格模型。
[0048] 第二方面，提供了一種分割三維醫(yī)療圖像的裝置，所述裝置包括：
[0049] 圖像獲取模塊，用于獲取病變部位的原始三維醫(yī)療圖像；
[0050] 模型構(gòu)建模塊，用于從所述原始三維醫(yī)療圖像中選取感興趣區(qū)域，構(gòu)建所述感興 趣區(qū)域的網(wǎng)格模型；
[0051] 統(tǒng)計信息計算模塊，用于計算所述網(wǎng)格模型的距離場信息和形狀索引特征；
[0052] 網(wǎng)格拆分模塊，用于根據(jù)所述距離場信息拆分所述網(wǎng)格模型；
[0053] 混合代價計算模塊，用于根據(jù)所述距離場信息、所述形狀索引特征以及每個點(diǎn)的 灰度代價統(tǒng)計值，計算拆分后的網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的混合代價值；
[0054] 切割路徑確定模塊，用于根據(jù)所述每個點(diǎn)的混合代價值確定切割路徑；
[0055] 圖像分割模塊，用于依據(jù)所述切割路徑從所述感興趣區(qū)域中分割目標(biāo)組織。
[0056] 可選的，所述模型構(gòu)建模塊包括：
[0057] 種子點(diǎn)標(biāo)識單元，用于在所述原始三維醫(yī)療圖像中標(biāo)識種子點(diǎn)；
[0058] 區(qū)域選取單元，用于根據(jù)所述種子點(diǎn)選取感興趣區(qū)域；
[0059] 等值面構(gòu)造單元，用于根據(jù)第一預(yù)設(shè)閾值，利用預(yù)設(shè)算法構(gòu)造所述感興趣區(qū)域的 等值面；
[0060] 第一計算單元，用于計算所述等值面中各元素之間的關(guān)系，所述關(guān)系包括：點(diǎn)點(diǎn)關(guān) 系、面面關(guān)系、點(diǎn)面關(guān)系、面點(diǎn)關(guān)系；
[0061] 第二計算單元，用于計算所述等值面中每個點(diǎn)的法向量和每個面的法向量；
[0062] 模型構(gòu)建單元，用于根據(jù)所述等值面中各元素之間的關(guān)系、每個點(diǎn)的法向量和每 個面的法向量，構(gòu)建所述感興趣區(qū)域的網(wǎng)格模型。
[0063] 可選的，所述模型構(gòu)建模塊還包括：
[0064]目標(biāo)區(qū)域選取單元，用于利用所述種子點(diǎn)選取最大連通的等值面作為構(gòu)建網(wǎng)格模 型的目標(biāo)區(qū)域。
[0065] 可選的，所述統(tǒng)計信息計算模塊包括：用于計算網(wǎng)格模型的距離場信息的第一計 算子模塊，和，用于計算網(wǎng)格模型的形狀索引特征的第二計算子模塊；其中，所述第一計算 子模塊包括：
[0066] 第一起始點(diǎn)確定單元，用于根據(jù)所述種子點(diǎn)確定第一起始點(diǎn)，所述第一起始點(diǎn)為 用于距離場計算的起始點(diǎn)；
[0067] 第一距離計算單元，用于計算所述網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最短距 離 Dis ;
[0068] 第二距離計算單元，用于計算所述網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最長距 離 MaxDis ;
[0069] 所述第二計算子模塊包括：
[0070] 曲率計算單元，用于計算所述網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的最大主曲率1^_和最小主曲率 knin；
[0071] 形狀索引值計算單元，用于根據(jù)所述最大主曲率1^_和最小主曲率1^_，按照以下 公式計算每個點(diǎn)的形狀索引值SI :
[0073] 可選的，所述網(wǎng)格拆分模塊包括：
[0074] 第二起始點(diǎn)確定單元，用于根據(jù)所述距離場信息，在網(wǎng)格模型中確定第二起始點(diǎn)， 所述第二起始點(diǎn)為拆分路徑的起始點(diǎn)；
[0075] 迭代運(yùn)算單元，用于從所述第二起始點(diǎn)開始，按照以下步驟執(zhí)行多次迭代運(yùn)算：沿 當(dāng)前點(diǎn)的距離梯度最大的方向確定所述當(dāng)前點(diǎn)的鄰近點(diǎn)，將所述鄰近點(diǎn)作為下一次迭代運(yùn) 算的當(dāng)前點(diǎn)，直到確定的鄰近點(diǎn)為所述第一起始點(diǎn)，結(jié)束上述迭代運(yùn)算；
[0076] 網(wǎng)格拆分線確定單元，用于順序連接當(dāng)前點(diǎn)和對應(yīng)鄰近點(diǎn)所在的邊，獲得網(wǎng)格拆 分線；
[0077] 網(wǎng)格拆分單元，用于根據(jù)所述網(wǎng)格拆分線拆分所述網(wǎng)格模型，生成搜索路徑的起 始點(diǎn)集合和終止點(diǎn)集合。
[0078] 可選的，所述混合代價計算模塊包括：
[0079] 統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計拆分后的網(wǎng)格模型上每個點(diǎn)的灰度代價統(tǒng)計值，所述每個點(diǎn) 的灰度代價統(tǒng)計值包括：每個點(diǎn)對應(yīng)的第一低密度體素數(shù)量N1和第二低密度體素數(shù)量N2， 其中，所述第一低密度體素數(shù)量N1是以當(dāng)前點(diǎn)為中心的預(yù)設(shè)模板中包含的、低于第二預(yù)設(shè) 閾值的體素的個數(shù)；所述第二低密度體素數(shù)量N2是當(dāng)前點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的連線經(jīng)過 的低于所述第二預(yù)設(shè)閾值的體素的個數(shù)；
[0080] 混合代價計算單元，用于采用以下公式計算拆分后的網(wǎng)格模型中每個點(diǎn)的混合代 價值fCost :
[0081] fCost = (fwl XNl+fw2 XN2+fw3 X abs (SI-〇. 5)) X (MaxDis/Dis)；
[0082] 其中，fwl、fw2、fw3為權(quán)重比例；MaxDis為所述網(wǎng)格模型上的每個點(diǎn)到所述第一 起始點(diǎn)的最長距離；Dis為所述網(wǎng)格模型上的每個點(diǎn)到所述第一起始點(diǎn)的最短距離。
[0083] 可選的，所述切割路徑確定模塊包