[发明专利]一种用于腹部CT图像三维重建的拓扑分析辅助方法

说明书

本发明涉及一种用于腹部CT图像三维重建的拓扑分析辅助方法。所述的拓扑分析辅助方法包括以下步骤：图像扫描与筛选；非刚性匹配；优化匹配概率；拓扑连续性分析；拓扑性质保持性的优化。本发明所述方法可得到避免器官形状上的个体差异及位置上的异常的腹部CT三维重建图像，帮助术者更准确的评估肿瘤位置，以及识别变异的解剖结构，对优化手术流程，对确保手术安全进程有重要意义。

技术领域

本发明属于有拓扑分析学、图像分割、图像处理、影像学等领域，涉及一种用于腹部CT图像三维重建的拓扑分析辅助方法。

背景技术

腹腔镜胃癌根治术由于具有创伤小、术后疼痛轻、机体免疫功能影响小、胃肠功能恢复快及住院时间短等优点，并且在手术死亡率、并发症率、术后生存率等方面与剖腹手术效果相当，所以被越来越多的外科医师所认可。但是，在腹腔镜胃癌根治手术中，由于失去了传统手术的触觉，对于组织和血管的判断更为困难；另外，腹腔镜下的手术不能像开腹手术那样获得全局的视野，这将给腹腔镜下辨识胃周血管解剖带来一定难度。因此，如何更准确地评估肿瘤位置，识别变异的解剖结构，对优化手术流程，确保手术安全进行有重要意义。以计算机断层扫描为基础的组织器官三维重建技术，自上世纪70年代提出以来，已经在骨科、神经外科等领域起到越来越重要的作用，但是腹部组织的重建技术有着明显不足：一方面可以重建的组织有限，目前仅在实体器官和腹部血管有着比较成熟的重建技术，而在空腔脏器的上效果欠佳；另一方面重建的效果受制于CT原始数据，在存在各种腹部疾病的情况下，如腹膜炎腹腔积液、腹腔占位性病变、严重的肠粘连等，会一定程度上干扰CT的原始数据，目前的重建手段均难以达到理想的效果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于腹部CT图像三维重建的拓扑分析辅助方法：筛选出术前质量好的CT图像，采用拓扑性质的非刚性配准方法，将目标点集作为信号来处理,模板点集通过构造空域滤波器得到与目标点集之间的匹配信号，并运用概率松弛标记法优化匹配概率，不断优化匹配的拓扑性质保持性，得到可避免器官形状上的个体差异及位置上的异常的腹部CT三维重建图像，帮助术者更准确的评估肿瘤位置，以及识别变异的解剖结构，对优化手术流程，确保手术安全进程有重要意义。

本发明所述的用于腹部CT图像三维重建的拓扑分析辅助方法包括以下步骤：

A.图像扫描与筛选：采集术前15天的腹部增强CT图像，筛选出术前质量好的CT图像；

B.非刚性匹配：采用拓扑性质的非刚性配准方法，将目标点集作为信号来处理，模板点集通过构造空域滤波器得到与目标点集之间的匹配信号；

C.优化匹配概率：运用概率松弛标记法优化所述匹配信号的匹配概率；

D.拓扑连续性分析：拓扑空间具有连续性，结构在变形后的图像中仍保持内部的连续性，通过这一性质来进行拓扑连续性分析以约束腹部组织结构的形变；

E.拓扑性质保持性的优化：不断优化匹配的拓扑性质保持性，得到最优匹配概率矩阵，从而得到避免器官形状上的个体差异及位置异常的腹部CT三维重建图像。

根据本发明所述的拓扑分析辅助方法的进一步特征，所述步骤A中，在多幅术前CT图像中以一定标准筛选出信噪比(SNR)高的腹部CT图像。

根据本发明所述的拓扑分析辅助方法的进一步特征，所述步骤B中，将目标点集T(x,y)作为信号来处理,模板点集通过构造空域滤波器fi(x,y)得到与目标点集之间的匹配信号,由fi(x,y)对T(x,y)进行空域滤波得到点与点之间的匹配概率矩阵P＝[Pij]。

根据本发明所述的拓扑分析辅助方法的进一步特征，所述步骤C中，定义相容性和支撑函数，对非刚性匹配得到的匹配概率进行迭代优化，得到拓扑性质更好的匹配概率。