專利名稱：基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像信息處理技術(shù)，尤其是涉及一種基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法，包括有關(guān)信息科學(xué)人體數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)和醫(yī)學(xué)臨床外科學(xué)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
癌癥是常見的原發(fā)性惡性腫瘤，以動(dòng)脈化療栓塞術(shù)(TACE)為主體的介入治療被應(yīng)用于非手術(shù)療法中。由于人體某些器官(例如肝臟)的解剖結(jié)構(gòu)特殊，血竇豐富，血管分布密集，給傳統(tǒng)的外科治療手術(shù)帶來了很大的困難。臨床統(tǒng)計(jì)表明，僅有部分病例在實(shí)施TACE后腫瘤完全壞死。有學(xué)者認(rèn)為，腫瘤的不完全壞死與側(cè)支循環(huán)、多只動(dòng)脈供血及雙重供血有關(guān)。而且反復(fù)進(jìn)行TACE后，進(jìn)入腫瘤的藥物相對(duì)減少，進(jìn)入正常肝組織的藥物相對(duì)增加，加重了正常器官組織損害。此外，藥物還會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)，增加全身副作用。因此，醫(yī)生在手術(shù)之前需要了解器官內(nèi)管道系統(tǒng)的分布狀況和相互之間的連接關(guān)系。器官動(dòng)脈經(jīng)栓塞后，原有的動(dòng)脈供血系統(tǒng)受到影響，側(cè)支循環(huán)必然會(huì)建立。側(cè)支供血的出現(xiàn)影響了腫瘤介入治療的效果，如何正確對(duì)待側(cè)支循環(huán)已顯得非常重要。栓塞的位置對(duì)療效至關(guān)重要，位置越接近腫瘤，產(chǎn)生側(cè)支供血的機(jī)會(huì)就越小。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)器官內(nèi)管道精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建，可以讓器官內(nèi)部的管道結(jié)構(gòu)更加直觀，幫助醫(yī)生更好地解決這些問題。這需要有科學(xué)的手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)，設(shè)計(jì)合理的手術(shù)方案，從而確保手術(shù)的安全可靠有效。
數(shù)字化虛擬器官是集醫(yī)學(xué)(包括解剖學(xué)、生理學(xué)、組胚學(xué)、眼科學(xué)和外科學(xué)等)、計(jì)算機(jī)技術(shù)(包括醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和軟件技術(shù)等)、物理學(xué)(流體力學(xué)、彈性力學(xué)、光學(xué)……)、生物學(xué)、電子學(xué)以及信息科學(xué)為一體的跨諸多學(xué)科的綜合技術(shù)領(lǐng)域。應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)一方面將人體器官數(shù)字化，獲取精細(xì)圖像數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，構(gòu)建精細(xì)的人體器官三維的逼真形態(tài)，在器官組織形態(tài)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步賦以器官的物理特性和生理特性，并在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建出形態(tài)逼真的虛擬器官；另一方面，應(yīng)用臨床現(xiàn)有的CT、MRI等圖像獲取設(shè)備，獲取臨床實(shí)際個(gè)體病人的相應(yīng)病變器官信息(具有形態(tài)及病理信息)，特別是腫瘤病變器官中的血管信息，通過特定設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)圖像分割、配準(zhǔn)、融合和重建，建立具有臨床病人器官的組織形態(tài)和生理、病理特點(diǎn)的虛擬器官，臨床醫(yī)生可以在這樣的]平臺(tái)上制定手術(shù)計(jì)劃和設(shè)計(jì)手術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有在制定腫瘤手術(shù)計(jì)劃中對(duì)人體器官內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)不夠直觀，手術(shù)難度與風(fēng)險(xiǎn)較大和安全可靠性不夠等問題，提供一種基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法。
本發(fā)明所說的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置設(shè)有1)人體成像設(shè)備，人體成像設(shè)備是指應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的設(shè)備；2)圖像序列處理設(shè)備，圖像序列處理設(shè)備是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)上對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行分割、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的“虛擬器官”的設(shè)備；3)人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫；4)健康人與病人特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備；5)人體器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫；6)栓塞化療的相關(guān)手術(shù)模擬軟件。
在圖像序列處理設(shè)備中，對(duì)臨床個(gè)體病人，或擬行器官移植、器官切除、癌癥病人，術(shù)前進(jìn)行薄層螺旋CT掃描獲取病人的器官圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于CT圖像的圖像分割、特征提取，采用三維重建技術(shù)生成三維立體圖，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)成具有臨床患者器官內(nèi)管道系統(tǒng)及器官血供等“個(gè)體病人的生理、病理特點(diǎn)的器官”。
健康人與病人特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備是指將數(shù)字人技術(shù)重建的具有精細(xì)組織、管道結(jié)構(gòu)的健康數(shù)字化虛擬器官，與臨床獲得的“個(gè)體病人的生理、病理特點(diǎn)的器官”進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征提取，實(shí)現(xiàn)多模圖像融合，構(gòu)建為既具有器官內(nèi)動(dòng)脈、靜脈以及其他管道的精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)，又具有“臨床病人的器官組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的三維虛擬器官”。
人體器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫進(jìn)一步運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)把器官功能信息數(shù)字化，定量分析精確模擬器官的生理病理狀況，以便在癌癥術(shù)前準(zhǔn)確反應(yīng)器官功能，進(jìn)行器官切除等虛擬手術(shù)方案設(shè)計(jì)，劃定手術(shù)邊界，自動(dòng)計(jì)算生成需手術(shù)切除器官的體積。從而達(dá)到有效指導(dǎo)癌癥的外科手術(shù)治療的目的。
該軟件根據(jù)器官腫瘤是以器官內(nèi)的動(dòng)脈供血的機(jī)理，借助上述構(gòu)建的“三維虛擬器官”，設(shè)計(jì)介入栓塞化療治療方案，并在術(shù)前預(yù)制器官栓塞化療的治療方案。醫(yī)生可以借助該仿真系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)預(yù)演，合理制定手術(shù)方案，對(duì)于提高腫瘤定位精度、選擇最佳手術(shù)路徑、減小手術(shù)損傷、減少對(duì)臨近組織損害、執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率等具有十分重要的意義?？梢赃_(dá)到降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少病人的痛苦，提高病人術(shù)后生活質(zhì)量的效果。
本發(fā)明所說的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法其步驟為1、一個(gè)應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的步驟；2、一個(gè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行圖像預(yù)處理(例如由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)與去噪等預(yù)處理)、分割(例如從獲取的圖像中分割出器官圖像，以減少圖像處理信息量)、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的“虛擬器官”的步驟；3、一個(gè)將人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫與獲取的臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合的步驟；4、一個(gè)將進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合所構(gòu)建的既具有器官內(nèi)動(dòng)脈、靜脈以及其他管道的精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)，又具有臨床病毒人的器官組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的三維虛擬器官與器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官的步驟。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置組成框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫的組成框圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的CT或MRI獲取臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)組成框圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的圖像預(yù)處理組成框圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例的圖像分割組成框圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例的圖像特征提取組成框圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例的配準(zhǔn)組成框圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例的三維重建組成框圖。
具體實(shí)施例方式
以下以虛擬肝臟為本發(fā)明的實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
參見圖1，本發(fā)明所說的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置設(shè)有人體成像設(shè)備1(例如CT或/和MRI獲取臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備)、圖像序列處理設(shè)備2、人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫3、健康人與病人特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備4、人體器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫5和栓塞化療的相關(guān)手術(shù)模擬軟件6。
人體成像設(shè)備是指應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的設(shè)備。
圖像序列處理設(shè)備是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)上對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行分割、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的“虛擬器官”的設(shè)備。
參見圖2，人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)由數(shù)字人技術(shù)獲取的肝臟數(shù)據(jù)集，切片數(shù)據(jù)的采集與形態(tài)物理特性數(shù)據(jù)的采集。從數(shù)字化人體切削等方法獲得的含有肝臟部分的切片圖像序列，從離體肝臟經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT、MRI薄層掃描圖像序列。對(duì)離體的肝臟標(biāo)進(jìn)行包埋、冷凍、削切，建立數(shù)字化虛擬肝臟的數(shù)據(jù)集，從中獲取肝臟的形態(tài)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。也可以選擇不同的灌注材料和相應(yīng)的灌注方法灌注肝臟不同的管道來得到肝臟的鑄型，從而得到其形態(tài)數(shù)據(jù)。臨床醫(yī)療成像設(shè)備CT或MRI從健康志愿者獲得的具有肝臟內(nèi)部的管道信息的圖像序列，利用臨床醫(yī)療成像設(shè)備CT或MRI獲得病變的活體肝臟的圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都存放在部件器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫內(nèi)，數(shù)據(jù)庫所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集提供給特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備使用。
參見圖3，對(duì)臨床個(gè)體肝病病人，或擬進(jìn)行肝移植、肝切除的肝硬化、肝癌病人，術(shù)前進(jìn)行薄層螺旋CT或MRI掃描獲取病人的肝臟圖像數(shù)據(jù)，具有臨床患者肝內(nèi)管道系統(tǒng)及肝門膽道血供等“個(gè)體病人的生理、病理特點(diǎn)的器官”。該部件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集提供給特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備使用。
特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合裝置對(duì)圖1和圖2基于CT圖像的圖像分割、特征提取，采用三維重建，生成三維立體圖，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建為具有肝內(nèi)肝動(dòng)脈、肝靜脈、門靜脈、膽管以及肝實(shí)質(zhì)等精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)。將數(shù)字人技術(shù)重建的具有精細(xì)組織、管道結(jié)構(gòu)的數(shù)字化虛擬肝臟(健康)，與臨床獲得的“個(gè)體病人的生理、病理特點(diǎn)的肝臟器官”進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征提取，實(shí)現(xiàn)多模圖像融合，構(gòu)建為既具有肝內(nèi)肝動(dòng)脈、肝靜脈、門靜脈、膽管等精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)，又具有“臨床病人的肝臟組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的三維虛擬肝臟”。特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合裝置的數(shù)據(jù)來自器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫和CT或MRI獲取臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過該部件處理之后的數(shù)據(jù)提供給器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫使用。特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合裝置中的數(shù)據(jù)流程如下(1)獲取圖像序列圖像來自數(shù)字人切削肝臟切片數(shù)碼拍攝，或離體經(jīng)管道灌注的肝臟切削拍攝或CT、MRI斷層掃描獲??；臨床病人數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口，將圖像從醫(yī)學(xué)影像工作站獲取到高性能計(jì)算機(jī)中。根據(jù)實(shí)際情況的需要，也可以借助于移動(dòng)存儲(chǔ)部件來轉(zhuǎn)載得到數(shù)據(jù)實(shí)際病人的肝臟圖像數(shù)據(jù)。
(2)圖像預(yù)處理參見圖4，由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像增強(qiáng)，以進(jìn)一步改善圖像的質(zhì)量，獲得更多有用的信息。該過程對(duì)圖像進(jìn)行去噪以及灰度補(bǔ)償?shù)阮A(yù)處理，例如采用灰度修正、圖像平滑、銳化、濾波等圖像處理方法來進(jìn)行圖像預(yù)處理。根據(jù)圖像的不同特點(diǎn)，可以采用空域增強(qiáng)和頻域增強(qiáng)等方法。
(3)圖像分割參見圖5，由程序識(shí)別自動(dòng)分割，或解剖專家參與手工勾畫，分割出感興趣目標(biāo)位置圖像；對(duì)于臨床病人獲取的肝臟CT圖像，根據(jù)圖像的特點(diǎn)，可以采用邊界跟蹤或區(qū)域分割方法等圖像分割算法進(jìn)行處理。同時(shí)針對(duì)每種方法，也可以采用并行或串行分割技術(shù)來分別處理。例如，采用區(qū)域增長(zhǎng)法，選取種子點(diǎn)之后，由程序自動(dòng)通過區(qū)域增長(zhǎng)等算法，自動(dòng)對(duì)序列圖像完成分割；也可采用閾值分割算法來分割出目標(biāo)圖像。
(4)圖像特征提取參見圖6，提取目標(biāo)的各個(gè)特征值，所說的特征值至少包括目標(biāo)的結(jié)構(gòu)特征和統(tǒng)計(jì)特征中的一種。對(duì)提取特征之后的圖像，還要進(jìn)行設(shè)計(jì)分類器，并進(jìn)行分類決策，根據(jù)分類決策得到圖像特征。
(5)圖像配準(zhǔn)參見圖7，將不同圖源的圖像，通過設(shè)計(jì)的軟件算法，尋找某種空間變換，使兩幅圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間位置和解剖結(jié)構(gòu)上的完全一致，使所有具有診斷意義及手術(shù)區(qū)域的點(diǎn)都達(dá)到匹配。為了減少計(jì)算過程，先要對(duì)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn)，使得圖像在空間上大致一致。根據(jù)圖像的不同特點(diǎn)，可采用剛體配準(zhǔn)方法或者彈性配準(zhǔn)方法，并采用優(yōu)化算法來加快圖像配準(zhǔn)的過程，從而實(shí)現(xiàn)圖像的配準(zhǔn)過程。
(6)三維重建參見圖8，對(duì)于經(jīng)上述處理過的圖像數(shù)據(jù)集，采用面繪制方法或體繪制方法，對(duì)處理后的圖像三維重建，形成三維模型。
(7)管道三維骨脊線抽取三維重建的肝內(nèi)管道，根據(jù)其連通關(guān)系，提取管道的中心線，提供管道的拓?fù)潢P(guān)系。
(8)圖像融合在上述處理的多模圖像對(duì)解剖結(jié)構(gòu)意義上實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將圖像序列進(jìn)行融合，使融合后的虛擬肝臟具有臨床病人的肝臟病理信息。
經(jīng)上述(1)-(8)各步驟處理的圖像，輸出到信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官。
器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)由醫(yī)學(xué)經(jīng)典知識(shí)、臨床實(shí)際患者采集到的正常、異常的各種肝臟生理、病理信息，數(shù)字化的肝臟儲(chǔ)備功能信息，以及器官內(nèi)各組織結(jié)構(gòu)的彈性模量、黏性系數(shù)等參數(shù)共同構(gòu)造有限元物理模型。該部件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集提供給信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官使用。
信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官的數(shù)據(jù)來自特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合裝置和器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建的具有精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)，融合臨床病人的肝臟組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的構(gòu)成三維虛擬肝臟，融入肝臟的功能信息，構(gòu)造具有肝功能信息的“虛擬肝臟”。經(jīng)過信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官處理之后的數(shù)據(jù)提供給手術(shù)和模擬系統(tǒng)平臺(tái)使用。
本發(fā)明的手術(shù)計(jì)劃軟件系統(tǒng)構(gòu)建具有精細(xì)管道形態(tài)的“臨床病人的肝臟組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的三維虛擬肝臟”，根據(jù)肝內(nèi)腫瘤是以肝動(dòng)脈供血機(jī)理，顯示“三維虛擬肝臟”的各級(jí)血管樹節(jié)點(diǎn)，以及血管的骨脊線，提高腫瘤定位精度，提供交互式的手段，由手術(shù)操作者設(shè)計(jì)選擇介入栓塞的位置，或化療治療選擇方案；對(duì)于擬行肝切除手術(shù)患者，定量分析精確模擬肝臟的生理病理狀況，以便在肝癌術(shù)前準(zhǔn)確反應(yīng)肝儲(chǔ)備功能，自動(dòng)計(jì)算生成需手術(shù)切除肝臟的體積，劃定手術(shù)邊界，進(jìn)行肝葉、肝段切除等肝臟虛擬手術(shù)方案設(shè)計(jì)。達(dá)到有效指導(dǎo)肝癌的外科手術(shù)治療的目的。該部件能夠給醫(yī)生提供合理的手術(shù)計(jì)劃方案，供醫(yī)生參考。該部件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集提供給手術(shù)和模擬系統(tǒng)平臺(tái)使用。
本發(fā)明可通過手術(shù)模擬交互外設(shè)的配備提供模擬手術(shù)操作的交互外部設(shè)備，如力反饋設(shè)備、3D眼鏡、數(shù)據(jù)手套等，使施行手術(shù)的醫(yī)生不僅具有親臨感，又有施術(shù)手感。在這樣一個(gè)虛擬環(huán)境中，可以進(jìn)行手術(shù)的仿真。外科醫(yī)生也可以利用這樣一個(gè)環(huán)境，使用病人的真實(shí)數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中給病人做出診斷。
該部件作為手術(shù)交互外設(shè)部件，具有相關(guān)接口與手術(shù)和模擬系統(tǒng)平臺(tái)連接。
手術(shù)和模擬系統(tǒng)平臺(tái)模塊由圖像工作站組成。在手術(shù)計(jì)劃軟件系統(tǒng)支持下，控制手術(shù)模擬交互外設(shè)，提供沉浸式的手術(shù)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)肝臟手術(shù)計(jì)劃的設(shè)計(jì)與制定，手術(shù)操作的模擬。
借助部件1-8構(gòu)建的系統(tǒng)平臺(tái)，可以施行肝臟的以下各類手術(shù)制定計(jì)劃
1)定量分析精確模擬肝臟的生理病理狀況，以便在肝臟術(shù)前準(zhǔn)確反應(yīng)肝儲(chǔ)備功能，從而達(dá)到有效指導(dǎo)肝癌手術(shù)治療的目的。依據(jù)獲得的圖像和數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)三維圖像重建和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行肝葉、肝段切除等肝臟虛擬手術(shù)設(shè)計(jì)。劃定手術(shù)邊界，自動(dòng)計(jì)算生成需手術(shù)切除肝臟的體積。
2)模擬介入治療。根據(jù)肝內(nèi)腫瘤為肝動(dòng)脈供血，術(shù)前預(yù)制肝肝臟栓塞化療的治療方案。
3)模擬肝的射頻等局部治療。
權(quán)利要求
1.基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置，其特征在于設(shè)有1)人體成像設(shè)備，人體成像設(shè)備是指應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的設(shè)備；2)圖像序列處理設(shè)備，圖像序列處理設(shè)備是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)上對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行分割、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的“虛擬器官”的設(shè)備；3)人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫；4)健康人與病人特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備；5)人體器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫；6)栓塞化療的相關(guān)手術(shù)模擬軟件。
2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置，其特征在于所說的人體成像設(shè)備是指應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的設(shè)備。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置，其特征在于所說的人體成像設(shè)備為CT或/和MRI獲取臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備。
4.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置，其特征在于所說的圖像序列處理設(shè)備是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)上對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行分割、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的虛擬器官的設(shè)備。
5.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理方法，其特征在于其步驟為1)一個(gè)應(yīng)用數(shù)字人技術(shù)，從數(shù)字化人體切削裝置獲得切片圖像序列，或從離體器官經(jīng)過血管灌注，而后進(jìn)行CT薄層掃描、或核磁共振成像和臨床醫(yī)療成像設(shè)備獲得的具有器官內(nèi)部的管道信息的圖像序列的步驟；2)一個(gè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行圖像預(yù)處理、分割、配準(zhǔn)和三維重建等圖像處理并構(gòu)建具有精細(xì)組織結(jié)構(gòu)信息的虛擬器官的步驟；3)一個(gè)將人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫與獲取的臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合的步驟；4)一個(gè)將進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合所構(gòu)建的既具有器官內(nèi)動(dòng)脈、靜脈以及其他管道的精細(xì)的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)，又具有臨床病毒人的器官組織形態(tài)及病理特點(diǎn)的三維虛擬器官與器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理方法，其特征在于在步驟2)中，所說的一個(gè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行圖像預(yù)處理為由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)與去噪預(yù)處理。
7.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理方法，其特征在于在步驟2)中，所說的分割為從獲取的圖像中分割出器官圖像。
8.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理方法，其特征在于在步驟4)中，特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合裝置中的數(shù)據(jù)流程為(1)獲取圖像序列圖像來自數(shù)字人切削肝臟切片數(shù)碼拍攝，或離體經(jīng)管道灌注的肝臟切削拍攝或CT、MRI斷層掃描獲??；臨床病人數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口，將圖像從醫(yī)學(xué)影像工作站獲取到高性能計(jì)算機(jī)中，或根據(jù)實(shí)際情況的需要，借助于移動(dòng)存儲(chǔ)部件來轉(zhuǎn)載得到數(shù)據(jù)實(shí)際病人的肝臟圖像數(shù)據(jù)；(2)圖像預(yù)處理由計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像增強(qiáng)，改善圖像質(zhì)量，對(duì)圖像進(jìn)行去噪以及灰度補(bǔ)償預(yù)處理，包括采用灰度修正、圖像平滑、銳化、濾波圖像處理方法來進(jìn)行圖像預(yù)處理，根據(jù)圖像的不同特點(diǎn)，采用空域增強(qiáng)和頻域增強(qiáng)方法；(3)圖像分割由程序識(shí)別自動(dòng)分割，或解剖專家參與手工勾畫，分割出感興趣目標(biāo)位置圖像；對(duì)于臨床病人獲取的肝臟CT圖像，根據(jù)圖像的特點(diǎn)，采用邊界跟蹤或區(qū)域分割方法圖像分割算法進(jìn)行處理，或采用并行或串行分割技術(shù)來分別處理，包括采用區(qū)域增長(zhǎng)法，選取種子點(diǎn)之后，由程序自動(dòng)通過區(qū)域增長(zhǎng)算法，自動(dòng)對(duì)序列圖像完成分割；或采用閾值分割算法來分割出目標(biāo)圖像；(4)圖像特征提取提取目標(biāo)的各個(gè)特征值，所說的特征值至少包括目標(biāo)的結(jié)構(gòu)特征和統(tǒng)計(jì)特征中的一種，對(duì)提取特征之后的圖像，還要進(jìn)行設(shè)計(jì)分類器，并進(jìn)行分類決策，根據(jù)分類決策得到圖像特征；(5)圖像配準(zhǔn)將不同圖源的圖像，通過設(shè)計(jì)的軟件算法，尋找某種空間變換，使兩幅圖像的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間位置和解剖結(jié)構(gòu)上的完全一致，使所有具有診斷意義及手術(shù)區(qū)域的點(diǎn)都達(dá)到匹配，為了減少計(jì)算過程，先要對(duì)圖像進(jìn)行粗配準(zhǔn)，使得圖像在空間上大致一致，根據(jù)圖像的不同特點(diǎn)，采用剛體配準(zhǔn)方法或者彈性配準(zhǔn)方法，并采用優(yōu)化算法來加快圖像配準(zhǔn)的過程，從而實(shí)現(xiàn)圖像的配準(zhǔn)過程；(6)三維重建對(duì)于經(jīng)處理過的圖像數(shù)據(jù)集，采用面繪制方法或體繪制方法，對(duì)處理后的圖像三維重建，形成三維模型；(7)管道三維骨脊線抽取三維重建的肝內(nèi)管道，根據(jù)其連通關(guān)系，提取管道的中心線，提供管道的拓?fù)潢P(guān)系；(8)圖像融合在處理的多模圖像對(duì)解剖結(jié)構(gòu)意義上實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將圖像序列進(jìn)行融合，使融合后的虛擬肝臟具有臨床病人的肝臟病理信息；經(jīng)(1)-(8)各步驟處理的圖像，輸出到信息融合具有個(gè)體病人組織病理特征虛擬器官。
全文摘要
基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法，涉及一種基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法，提供一種基于數(shù)字化虛擬器官的腫瘤圖像信息處理裝置與處理方法。設(shè)有人體成像設(shè)備、圖像序列處理設(shè)備、人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫、健康人與病人特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合設(shè)備、人體器官組織生理病理數(shù)據(jù)庫和栓塞化療相關(guān)手術(shù)模擬軟件。處理時(shí)包括獲得具有器官內(nèi)部管道信息的圖像序列、對(duì)獲得的圖像序列進(jìn)行圖像處理并構(gòu)建具有組織結(jié)構(gòu)信息虛擬器官、將人體器官組織形態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫與獲取的臨床病人器官圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合和將進(jìn)行特征提取三維重建多模圖像數(shù)據(jù)融合構(gòu)建的虛擬器官等步驟。
文檔編號(hào)A61B19/00GK1801214SQ200510125218
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者王博亮, 沈毅, 黃曉陽 申請(qǐng)人:廈門大學(xué), 廈門強(qiáng)本科技有限公司