肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法技术

本申请提出一种改进的基于先验形态的缩域触动模糊簇特征分割方法，首先人工提取序列图中某一张影像的肝脏轮廓，自适应拟合成初始轮廓线作为该张影像的先验形态，然后自动在轮廓线上均匀选取样点，并以每个样点为中心生成对应大小的矩形框，分别对每个矩形区域进行基于空间关联信息的模糊簇特征分割，取出非肝脏区域，将每一段曲线连在一起，构成肝脏形态轮廓，并将其作为下一张序列图的先验形态输入，进而自适应完成后续序列的分割；结合VTK开源程序库，对MRI序列图像进行肝脏病灶三维重建，为构建肝脏三维模型，实现肝脏影像高清实时可视化提供了重要基础，也为肝病的辅助诊断、治疗以及手术规划等提供了快速准确诊断的重要依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法


[0001]本申请涉及一种医学MRI影像分割与三维重建方法，特别涉及一种肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，属于医学影像加工处理


技术介绍

[0002]肝脏是人体内脏里最大的器官，也是人体消化系统重要的组成部分，在人体的消化、代谢、解毒、凝血及免疫调节等方面起着重要的作用。当前，肝炎、肝硬化、肝癌等多种肝脏疾病严重困扰着人们的正常生活。能够及早发现，控制，并且对疾病进行治疗，对于肝病病人的健康十分重要。
[0003]医学影像从不同方面展示了组织器官的不同特征，在协助医生进行非侵入式诊断疾病的过程中发挥了越来越重要的作用。通过医学影像，医生可以非常清晰直观地观察组织器官的解剖结构，提取出病变组织区域，并对病况进行分析。随着计算机技术的飞速发展，影像处理技术也取得了不少成就，在医学影像方面，影像处理技术对于医学科研和临床应用有着重要作用。其中，医学影像分割是影像分析处理的首要问题，能够将病变区域、解剖结构等感兴趣区域分割出来，更加清晰、直观地展现给医生，提高了诊断准确度，对于医学影像的应用有着非常重要的意义。
[0004]目前，绝大多数的医学影像分割都是依靠医生的手动分割。大量的影像诊断明显增加了影像诊断医生的工作负担。同时,医学影像诊断对于医生的经验和技术要求很高，不同医生可能会有不同的分割结果。特别是存在边界模糊的影像,即便是经验丰富的影像专家，也难免会出现遗漏或做出错误的判断。因此，医学影像数据进行数字化处理实现准确的分析是一个非常重要且急迫的任务。
[0005]医学影像的自动分割对于医学影像在疾病诊断、三维重建、手术仿真等方面有着重要的意义。由于磁共振影像能够多方位、多参数成像的特征，相比于其它成像方式能够提供更多的信息，使得其能够在CT影像难以诊断的情况下能够从不同的角度给出信息，因此对其分割具有重要运用价值。然而，由于腹部脏器本身的复杂性以及磁共振影像存在的灰度不均、弱边缘等缺点，肝脏MRI的自动分割一直未能取得较好的效果，这成为了医学影像处理领域的一项巨大的挑战，肝脏磁共振影像分割技术无论是对实际临床应用还是对教学研究，都发挥了巨大的作用。
[0006]综上，现有技术的肝脏MRI影像分割与三维重建存在若干问题和缺陷，本申请的难点和待解决的问题集中在以下方面：
[0007](1)现有技术大多数的肝脏MRI影像分割都是依靠医生的手动分割，大量的影像诊断明显增加了影像诊断医生的工作负担，同时,医学影像诊断对于医生的经验和技术要求很高，不同医生可能会有不同的分割结果，特别是存在边界模糊的影像,即便是经验丰富的影像专家，也难免会出现遗漏或做出错误的判断，当前无法实现肝脏MRI数字化处理和准确分析。特别是肝脏MRI自动分割对于疾病诊断、三维重建、手术仿真等方面有着重要的意义，但由于腹部脏器本身的复杂性以及磁共振影像存在的灰度不均、弱边缘等缺点，肝脏MRI的
自动分割一直未能取得较好的效果，这成为了医学影像处理领域的一项巨大短板，成功研发高质量肝脏磁共振影像分割技术无论是对实际临床应用还是对教学研究，都会发挥了巨大的作用。
[0008](2)基于对磁共振影像原理和腹腔肝脏结构特征的分析，总结肝脏磁共振影像的特征和分割难点较多：一是由于磁共振成像设备的原因，会导致噪声的存在，这对于需要高清三维病灶的肝脏MRI影像实现困难；二是由于成像过程存在的不均匀磁场以及医学影像的容积不均现象，会造成灰度不均现象，破坏了肝脏区域的一致性，对分割造成困难；三是腹腔中内脏器官复杂且多，肝脏和胃、脾等器官邻近，亮度差异较小，难以从灰度值上直接区分；四是肝脏本身是一个弱边缘器官，会对分割提出挑战；五是肝脏大小、形态有差异，并且在一组序列影像中，肝脏的形态是一个渐变的过程。这一些列难点使得肝脏MRI影像分割质量很差，分割步骤繁杂，失去了大规模推广运用的价值。
[0009](3)现有技术未深度挖掘肝脏MRI影像灰度不均、邻近组织灰度相近以及噪声特征，缺少一种专门针对肝脏MRI影像的分割重建方法，现有技术的图像分割方法完全依赖计算机对影像进行分割处理，脱离了人工干预，需要预先建立分割方法自动分割影像，需考虑各种易对分割造成影响的情况，并设计对应的解决方法，这使得方法复杂，但实际应用中的各种不确定因素和影像的复杂性，分割结果很容易受到影响，往往在某一个小细节的偏差，会导致分割朝着错误的方向无法控制地发展。由于肝脏形态、大小的差异性，以及不同设备得到的影像具有不同的质量问题，现有技术肝脏影像分割十分困难，精度低、鲁棒性和实时性差。
[0010](4)现有技术缺少基于先验知识的触动缩域模糊簇特征分割方法，无法实现肝脏序列影像实现快速半自适应分割，针对序列影像特征，缺少利用先验轮廓知识更新后续影像中肝脏大致位置、大小的自适应获取，并追踪肝脏形态的变化的方法，无法完成自适应分割，模糊簇特征分割方法不能结合空间邻域信息，对噪声敏感，无法解决肝脏整体灰度不均的问题，运算区域面积大，速度慢，周围邻近器官误分割的面积大，无法利用先验形态地图的信息，缺少先验知识对下一张图像的分割进行约束，不能实现内部区域的自适应填充，不能够将病变区域、解剖结构等感兴趣区域分割出来，无法清晰、直观地展现给医生，制约肝脏MRI准确诊断。

技术实现思路

[0011]本申请提出了基于先验知识的触动缩域模糊簇特征分割方法，针对序列影像特征，利用先验轮廓知识更新后续影像中肝脏大致位置、大小的自适应获取，并追踪肝脏形态的变化，完成自适应分割，模糊簇特征分割方法结合空间邻域信息，降低对噪声的敏感性，并且缩域处理的方式对局部边缘区域进行分割处理，有效解决肝脏整体灰度不均的问题，同时减少运算区域面积，在加快速度的同时，也能减少周围邻近器官误分割的面积，利用先验形态地图的信息，通过先验知识对下一张图像的分割进行约束，并且能较好的实现内部区域的自适应填充。因此，本申请改进方法能够结合少量的人工操作实现对肝脏核磁肝脏序列影像的半自适应分割，达到较为准确的分割效果，能够将肝脏病变区域、解剖结构等感兴趣区域分割出来，更加清晰、直观的展现给医生，提高了诊断准确度，对于肝脏医学影像的应用有着非常重要的意义。
[0012]为实现以上技术效果，本申请所采用的技术方案如下：
[0013]肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，基于肝脏MRI影像灰度不均、邻近组织灰度相近以及噪声特征，提出一种改进的基于先验形态的缩域触动模糊簇特征分割方法，包括：提取肝脏轮廓并采样、缩域触动模糊簇类、MRI序列影像的分割；首先人工提取序列图中某一张影像的肝脏轮廓，自适应拟合成初始轮廓线作为该张影像的先验形态，然后自动在轮廓线上均匀选取样点，并以每个样点为中心生成对应大小的矩形框，分别对每个矩形区域进行基于空间关联信息的模糊簇特征分割，取出非肝脏区域，将每一段曲线连在一起，构成肝脏形态轮廓，并将其作为下一张序列图的先验形态输入，进而自适应完成后续序列的分割；结合VTK开源程序库，对MRI序列图像进行肝脏病灶三维重建。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，其特征在于：基于肝脏MRI影像灰度不均、邻近组织灰度相近以及噪声特征，提出一种改进的基于先验形态的缩域触动模糊簇特征分割方法，包括：提取肝脏轮廓并采样、缩域触动模糊簇类、MRI序列影像的分割；首先人工提取序列图中某一张影像的肝脏轮廓，自适应拟合成初始轮廓线作为该张影像的先验形态，然后自动在轮廓线上均匀选取样点，并以每个样点为中心生成对应大小的矩形框，分别对每个矩形区域进行基于空间关联信息的模糊簇特征分割，取出非肝脏区域，将每一段曲线连在一起，构成肝脏形态轮廓，并将其作为下一张序列图的先验形态输入，进而自适应完成后续序列的分割；结合VTK开源程序库，对MRI序列图像进行肝脏病灶三维重建；1)基于肝脏MRI序列影像前后帧差异不大的特征，利用上一张图像分割结果的轮廓作为下一张影像分割的先验知识，规避对整张图像的处理，快速确定下一张影像中肝脏的位置和大小，只需在第一张图像上手工勾勒出初始轮廓就能完成后续影像的自适应处理，减少人工干预；2)采用先验形态地图和设置比例临界值，剔除每个缩域中非肝脏部分，保留肝脏区域，并且先验形态地图辅助对肝脏内部区域进行自适应填充，完成肝脏影像的准确分割,提高分割精度；3)利用缩域触动模糊簇类，减少需处理的数据，并且缩域触动处理是对影像进行局部分割，而不是基于整体灰度分割的，解决肝脏区域灰度不均问题，只对缩域处理，减少误分割进来的邻近器官的面积。2.根据权利要求1所述肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，其特征在于，基于先验形态的缩域触动模糊簇特征分割：通过人工勾勒一张序列图像的先验轮廓，建立矩形缩域，降低运算量，利用先验形态进行分割，分割结果作为先验信息再用于下一张图像的处理,实现肝脏MRI序列化影像的快速分割；只对每个小矩形窗口分别进行模糊簇特征分割方法，局部分割并结合先验形态，提高精度,减少运算量,同时进行后续序列的自适应分割,提高运算速度。3.根据权利要求1所述肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，其特征在于，提取肝脏轮廓并采样：首先手动在初始图像上沿肝脏边缘选取若干点,作为人工先验信息,本申请对初始手动获取的边缘点序列进行插值和曲线拟合，采用三次样条曲线拟合光滑的轮廓，插值后得到较为密集的边缘点序列后，通过直线拟合，得到闭合的单像素的初始先验肝脏轮廓；将先验形态图像中的边缘位置设为0，所围的肝脏区域的值设为
‑
1，外围非肝脏区域设为1，获取先验形态地图；得到先验形态的初始轮廓，然后通过边缘遍历，每隔若干个像素取个边缘点进行采样，得到边缘采样序列。4.根据权利要求1所述肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，其特征在于，缩域触动模糊簇类：获得先验初始轮廓的边缘采样点，再以每个采样点为中心生成N
×
N的矩形窗口；缩域把边缘都覆盖上，选取窗口大小为39
×
39，依次对矩形窗口内的局部图像进行簇类，结合小图像所在位置的先验形态地图对非肝脏区域进行剔除；每一个缩域簇类后得到的结果不止一个区域，其中肝脏的区域也不止一个，并且有的
区域既包含肝脏部分也包含非肝脏混合区域，既要剔除多余的区域，也要保留全部的肝脏区域，并且要将混合区域中的非肝脏部分剔除：(1)统计分类小图像中的非黑色的4连通区域种类和数量，对不同的区域打上标签，区域1，区域2，区域3，
…
，计算各个区域落在先验形态区域内部和边缘的像素数量，并计算每一小块区域落在先验形态中的比例，设置两个比例临界值T1和T2；(2)其中，大于临界值T1的小区域认定是肝脏，标志置为有效；比例大于临界值T2，小于T1的区域认定是混合区域，只保留和先验形态重叠的部分；比例小于T2的区域认定是非肝脏区域，去除该区域。5.根据权利要求4所述肝脏MRI影像缩域分割与三维病灶重建方法，其特征在于：T1过大，会丢失部分肝脏区域；T2太小，无法较为准确的去除无关区域，本申请选取T1＝0.5，T2＝0.2，。6.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，黄华，
申请(专利权)人：张璐，
类型：发明
国别省市：