[发明专利]一种基于CT图像的肝脏分段方法及其系统

说明书

技术领域

本发明属于医学图像处理及应用领域，具体涉及一种肝脏分段方法及 其系统。本发明能有效对肝脏进行分段，重建出肝脏三维模型，能直观显 示肝脏各段形态。

背景技术

肝脏是人体最大的实质性脏器，解剖学研究表明肝脏分为八个肝段， 每一肝段都有独立的管道系统，可以作为一个外科切除单位。随着近年来 肝脏移植和肝脏切除手术的开展，肝脏的分段解剖也越来越被外科医生所 关注。多层螺旋CT(multi-slice spiral CT，MSCT)在临床诊断中被广泛采用， 其增强扫描图像根据病人在注射对比剂后扫描时间的不同分为动脉期、门 静脉期和平衡期三期序列图像。肝动脉成像(multi-slice CT Angioraphy， MSCTA)和肝门静脉成像(multi-slice CT portography，MSCTP)能够清晰显 示肝内的血管结构，这些信息是肝部疾病定位、定性诊断，选择治疗方法 和指导手术的重要依据。医学影像技术和图像处理技术的结合可以实现术 前肝脏的分段，能对肝脏病变准确定位及显示病灶与血管的三维关系，为 肝脏手术和治疗提供非常有用的辅助信息。

Meinzer等在他们计算机外科手术规划系统中提出在肝脏特定区域标 记10个特征点，根据这些点求出3个垂直平面和4个水平平面，然后利用 这7个平面对肝脏进行划分，得到肝脏的分段结果。Osorio等提出在肝脏 表面标记8个特征点，然后通过计算得到肝段的分界线。Selle等首先得到 门静脉血管树并对其分级，通过计算不同分支血管的最近邻域实现肝脏的 分段。Beichel等完成的虚拟肝脏手术规划系统也采用类似的方法实现了肝 脏的分段，他们利用硬件交互设备实现肝脏门静脉的血管分级，并利用最 近临域的方法进行分段。

Meinzer和Osorio依照肝脏表面特征点的分段方法没有与肝脏内部血 管系统相联系，分段结果可能与实际结果有较大差异。基于最近临域的肝 脏分段方法能够比较准确和方便的实现肝脏的分段。Beichel的需要硬件交 互设备进行血管分级，应用范围受到限制，并且代价较大。Selle利用门静 脉半径信息对血管进行自动分级，并利用欧氏距离变换进行肝脏的分段。 如果血管局部特异可能造成分级错误，该方法不能进行交互操作，因此不 能方便快速修正分级结果而导致分段错误。

本申请人于2008年8月15日申请的“一种肝门静脉血管树建模方法 与系统”(专利申请号为200810048823.6)中提出了一种血管树建模方法， 通过该方法能够有效的分割出精确的门静脉血管，并通过细化得到门静脉 中心线和血管半径信息。该方法是本发明实现肝脏分段的基础工作之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CT图像的肝脏分段方法，该方法能有 效的实现肝脏的分割，门静脉的增强和分割，门静脉的细化，门静脉的分 级，最终实现肝脏的分段，并重建出肝脏分段的三维形态；本发明还提供 了实现该方法的系统。

本发明提供的一种基于CT图像的肝脏分段方法，其步骤包括：

(1)载入腹部多螺旋CT肝门静脉成像的门静脉期和动脉期序列图像， 对其进行预处理，并分割得到肝脏轮廓图像；再利用分割好的肝脏轮廓图 像对门静脉期的序列图像进行值掩处理，得到肝脏图像；

(2)对肝脏图像进行血管增强处理，分割出门静脉，然后提取门静脉 中心线；其具体实现步骤为：

(2.1)门静脉增强；

(a1)调整肝脏图像的窗宽、窗位，并对灰度值进行归一化，获得归 一化后的肝脏图像；

(a2)统计并分析归一化后的肝脏图像直方图，确定感兴趣灰度范围， 即门静脉血管的灰度范围；

(a3)在感兴趣灰度范围内，对肝脏图像进行基于Hessian矩阵的多尺 度滤波，得到增强的门静脉图像；

(2.2)从增强后的门静脉图像中分割出门静脉；

(2.3)从分割出的门静脉中提取门静脉血管树的中心线：

(b1)对门静脉进行孔洞填充；

(b2)利用三维拓扑细化方法得到门静脉的初始中心线；

(b3)利用深度优先搜索算法检测步骤(b2)获得的门静脉的初始中 心线中存在的环；

(2.4)分析步骤(2.3)获得的门静脉的中心线中的每个环并解环，然 后对中心线数据进行剪枝，去除伪分支，得到门静脉中心线；