本申请涉及一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法及装置，方法包括：基于采集到的人体呼吸系统的二维影像数据重建支气管树空间三维数据；以支气管树空间三维数据为基础，识别每根支气管的中心线，并对每根支气管的中心线进行节点划分，计算每根支气管对应的所有节点的空间参数，寻找并剔除非二叉的无效节点，输出每根支气管的有效节点空间参数数据集，基于每根支气管的有效节点空间参数数据集，实现影像预设范围内支气管树各级支气管的直径、长度、数量、分叉角等参数精确输出计算；对多次CT扫描得到的每根支气管进行唯一编码，提取并输出相同编码支气管的形态参数变化序列，以辅助完成呼吸道疾病病程发展的随诊分析。析。析。
【技术实现步骤摘要】
用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法及装置
[0001]本申请涉及医学
，特别涉及一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法及装置。
技术介绍
[0002]下呼吸道感染是临床常见疾病，发病率高且人群普遍易感，病毒性下呼吸道感染可引起重大传染性疫情，如流感、SARS(Severe Acute Respiratory Syndrome，严重急性呼吸综合征)、新型冠状病毒肺炎等，下呼吸道感染的精准诊断是提升治疗有效性、控制疾病传播的关键。
[0003]胸部电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)是下呼吸道感染的常用医学检查手段，医生基于患者胸部二维断层扫描影像，通过不同类型感染对应的影像学特征，识别感染程度、鉴别炎症位置。其中，患者胸部CT的随诊是影像检查的基础，通过不定期的对患者胸部进行多次扫描，为临床用药及治疗后评估提供了指导。下呼吸道感染基本的影像学表征有肺叶及肺段实变、小叶中心及支气管周围实变、弥漫性密度增高，并出现支气管壁增厚、支气管扩张等伴随征象。
[0004]上述呼吸道病理变化可通过每次CT扫描呼吸道形态特征(如支气管直径、数量、长度、分叉角等)的差异直观反映。定量CT(Quantitative Computed Tomography，定量CT)是影像学随诊常用的形态特征测量技术，目前世界领先的定量CT软件，其呼吸道形态学参数分析模块大多采用半自动提取技术，即仍依赖于人工标记支气管目标区域，自动计算该区域的水平横断面直径或长度，且各个支气管空间分级、分叉角等重要形态参数缺失。人体支气管树由24级气道构成，数量多达千万量级，每个分支形态各有不同，人工提取的工作量极大。
[0005]现有呼吸道形态研究常将各级支气管简化为理想圆柱，人工取呼吸道几张典型的CT断层代表整支呼吸道，个体呼吸道形态特征差异则取各级或全肺叶的平均值来表征，形态学关键信息的丢失导致形态学特征描述的准确性不足。此外，每次CT扫描精度、病程发展、患者呼吸状态、仰卧位置等因素影响，可识别的支气管数量及形态并不完全一致，目前尚无多次扫描呼吸道形态配准技术，可实现重合支气管的自动提取。因此，开发呼吸道形态特征自动提取及配准技术，是呼吸道疾病随诊亟需解决的技术瓶颈。
[0006]申请内容
[0007]本申请提供一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法及装置，实现了影像可及范围内支气管树各级支气管的直径、长度、数量、分叉角等参数的秒级精确输出计算。
[0008]本申请第一方面实施例提供一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法，包括以下步骤：
[0009]采集人体呼吸系统的二维影像数据，并基于所述二维影像数据，重建支气管树空间三维数据；
[0010]以所述支气管树空间三维数据为基础，识别每根支气管的中心线，并对所述每根
支气管的中心线进行节点划分，计算所述每根支气管对应的所有节点的空间参数，依据支气管树二叉生长规律，寻找并剔除非二叉的无效节点，输出所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，并基于所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，计算并输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角；
[0011]对多次CT扫描得到的每根支气管进行唯一编码，提取并输出相同编码支气管的形态参数变化序列。
[0012]可选地，所述基于所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，计算并输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角，包括：
[0013]通过相邻节点空间坐标，依据有限元法计算所述每根支气管的气道长度，通过母代气道节点和子代气道节点法向向量坐标，计算所述每根支气管对应的所有节点法向量空间夹角，并依据拉依达原则剔除异常值，计算所述每根支气管母代和子代气道空间夹角的算数平均值；
[0014]依据最小二乘法获得所述每根支气管对应的所有节点最佳拟合圆直径，依据拉依达原则剔除异常值，计算所述每根支气管直径算数平均值，输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角。
[0015]可选地，所述对多次CT扫描影像得到的每根支气管进行唯一编码，提取并输出相同编码支气管的形态参数变化序列，包括：
[0016]依据所述每根支气管在肺叶中的位置及级数，采用相同支气管命名规则，对多次CT扫描得到的每根支气管进行唯一编码；
[0017]对多次CT扫描得到的各个支气管树数据集进行批处理，采用动态数组数据结构，遍历所述各个支气管树数据集，筛选具有相同编码的支气管，提取所述相同编码支气管的形态参数变化序列，以辅助完成呼吸道疾病病程发展的随诊分析。
[0018]可选地，所述识别每根支气管的中心线，并对所述每根支气管的中心线进行节点划分，计算所述每根支气管对应的所有节点的空间参数，包括：
[0019]以所述支气管树空间三维数据为基础，识别所述每根支气管的中心线的同时，将所述中心线沿支气管生长方向离散为多个节点；
[0020]计算各节点的空间坐标及所述各节点的切向量、法向量、次法向量空间坐标；以及
[0021]以所述每个节点为中心，采用最小二乘法计算所述每个节点对应的支气管断面最佳拟合圆直径；
[0022]输出所述各节点空间坐标参数及对应的支气管断面最佳拟合圆直径数据集。
[0023]可选地，所述采集人体呼吸系统的二维影像数据，并基于所述二维影像数据，重建支气管树空间三维数据，包括：
[0024]围绕人体胸部进行断层扫描，获得层厚小于预设阈值的薄层人体胸部二维断层扫描影像；并基于所述人体胸部二维断层扫描影像，获得多个由黑到白不同灰度按矩阵排列的像素点，并获得上呼吸道、下呼吸道及肺部的冠状位、水平位、矢状位断面影像；
[0025]根据所述上呼吸道、下呼吸道及肺部的冠状位、水平位、矢状位断面影像获取人体呼吸道支气管树的所述二维影像数据；
[0026]根据所述二维影像数据分别对所述冠状位、水平位、矢状位断面影像进行逐层细化处理，得到去除背景噪声和像素中的漂浮物质后的每张薄层CT支气管完整精细的图像分
割结果；并根据预设呼吸道阈值确定等值面，并利用线性差值逼近所述等值面，由所述图像分割结果生成网格模型数据，得到所述支气管树空间三维数据。
[0027]本申请第二方面实施例提供一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助装置，包括：
[0028]重建模块，用于采集人体呼吸系统的二维影像数据，并基于所述二维影像数据，重建支气管树空间三维数据；
[0029]计算模块，用于以所述支气管树空间三维数据为基础，识别每根支气管的中心线，并对所述每根支气管的中心线进行节点划分，计算所述每根支气管对应的所有节点的空间参数，依据支气管树二叉生长规律，寻找并剔除非二叉的无效节点，输出每根支气管的有效节点空间参数数据集，并基于所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，计算并输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角；以及
[0030]输出模块，用于对多次CT本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：采集人体呼吸系统的二维影像数据，并基于所述二维影像数据，重建支气管树空间三维数据；以所述支气管树空间三维数据为基础，识别每根支气管的中心线，并对所述每根支气管的中心线进行节点划分，计算所述每根支气管对应的所有节点的空间参数，依据支气管树二叉生长规律，寻找并剔除非二叉的无效节点，输出所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，并基于所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，计算并输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角；对多次CT扫描得到的每根支气管进行唯一编码，提取并输出相同编码支气管的形态参数变化序列。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述每根支气管的有效节点空间参数数据集，计算并输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角，包括：通过相邻节点空间坐标，依据有限元法计算所述每根支气管的气道长度，通过母代气道节点和子代气道节点法向向量坐标，计算所述每根支气管对应的所有节点法向量空间夹角，并依据拉依达原则剔除异常值，计算所述每根支气管母代和子代气道空间夹角的算数平均值；依据最小二乘法获得所述每根支气管对应的所有节点最佳拟合圆直径，依据拉依达原则剔除异常值，计算所述每根支气管直径算数平均值，输出每次CT扫描影像预设范围内的所有支气管直径、长度、分叉角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对多次CT扫描影像得到的每根支气管进行唯一编码，提取并输出相同编码支气管的形态参数变化序列，包括：依据所述每根支气管在肺叶中的位置及级数，采用相同支气管命名规则，对多次CT扫描得到的每根支气管进行唯一编码；对多次CT扫描得到的各个支气管树数据集进行批处理，采用动态数组数据结构，遍历所述各个支气管树数据集，筛选具有相同编码的支气管，提取所述相同编码支气管的形态参数变化序列，以辅助完成呼吸道疾病病程发展的随诊分析。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述识别每根支气管的中心线，并对所述每根支气管的中心线进行节点划分，计算所述每根支气管对应的所有节点的空间参数，包括：以所述支气管树空间三维数据为基础，识别所述每根支气管的中心线的同时，将所述中心线沿支气管生长方向离散为多个节点；计算各节点的空间坐标及所述各节点的切向量、法向量、次法向量空间坐标；以所述每个节点为中心，采用最小二乘法计算所述每个节点对应的支气管断面最佳拟合圆直径；输出所述各节点空间坐标参数及对应的支气管断面最佳拟合圆直径数据集。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集人体呼吸系统的二维影像数据，并基于所述二维影像数据，重建支气管树空间三维数据，包括：围绕人体胸部进行断层扫描，获得层厚小于预设阈值的薄层人体胸部二维断层扫描影
像；并基于所述人体胸部二维断层扫描影像，获得多个由黑到白不同灰度按矩阵排列的像素点，并获得上呼吸道、下呼吸道及肺部的冠状位、水平位、矢状位断面影像；根据所述上呼吸道、下呼吸道及肺部的冠状位、水平位、矢状位断面影像获取人体呼吸道支气管树的所述二维影像数据；根据所述二维影像数据分别对所述冠状位、水平位、矢状位断面影像进行逐层细化处理，得到去除背景噪声和像素中的漂浮物质后的每张薄层CT支气管完整精细的图像分割结果；并根据预设呼吸道阈值确定等值面，并利用线性差值逼近所述等值面，由所述图像分割结果生成网格模型数据，得到所述支气管树空间三维数据。6.一种用于医学影像的呼吸道疾病随诊辅助装置，其特征在于，包括：重建...
【专利技术属性】
技术研发人员：段梦婕，刘荔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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