基于超声图像和三维模型的肝脏体积测量方法技术

一种基于超声图像和三维模型的肝脏体积测量方法，包括以下步骤：利用肝脏图谱建立三维肝脏模型；获取肝脏指定切面的超声图像，并进行图像分割获得超声图像中肝脏的边缘轮廓线；将所述超声图像与所述三维肝脏模型配准；以超声图像中肝脏的边缘轮廓线为参考图像，对三维肝脏模型进行弹性变形；以一组平行等间隔的平面切割变形后的三维肝脏模型，计算所有切断面的面积之和与相邻两个切断面的间距的乘积，将计算结果作为肝脏的体积。本发明专利技术肝脏体积测量方法测量方便快速，对人体无任何损害，可反复测量，而且肝脏体积测量精度较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理方法，特别是一种基于超声图像和三维模型的快速肝脏体积测量方法。
技术介绍
我国为病毒性肝炎的高发地区，主要是慢性乙型和丙型性肝炎，这些疾病很容易发展为肝硬化和肝癌，对肝硬化和肝癌的治疗手段主要是肝切除和肝移植手术，这类手术前需要得到供体和受体肝脏的准确体积。研究表明活体肝脏移植手术中，供体至少应保留全肝体积的30%，而受体接受的肝脏体积应大于其肝脏体积的40%，因此术前肝脏体积测量的准确度直接影响手术方案的选择。目前肝脏体积测量的方法有CT (Computerized Tomography)法、MR (MagneticResonance)法、三维超声法和公式法，这些方法各有利弊。CT法可以得到非常准确的肝脏体积，但CT法需要注射造影剂，而且扫描过程中X射线对人体有辐射，不能反复使用，不适用于肝脏手术后患者恢复状况的评估；MR方法也能得到比较准确的肝脏体积，但是MR方法费用非常昂贵，也不适合多次测量，对于需要多次扫描连续观察肝脏状况的患者，MR扫描非常不合适；三维超声扫描方法对人体无任何损害，成像快速方便，但由于超声本身成像原理的限制，超声图像分辨率较低，而且超声扫描不能得到完整肝脏的轮廓，单纯的三维超声扫描得到的肝脏体积精度较差；公式法是根据大量的统计结果提出的一种肝脏体积近似估计的方法，它根据人的身高、体重得到体表面积，进而得到肝脏体积，该方法得到结果误差较大。因此需要一种新的肝脏体积测量方法实现无损害、安全、反复、快捷的测量肝脏体积，而且使用价格要低。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种。本专利技术，包括以下步骤 利用肝脏图谱建立三维肝脏模型； 获取肝脏指定切面的超声图像，并进行图像分割获得超声图像中肝脏的边缘轮廓线； 将所述超声图像与所述三维肝脏模型配准； 以超声图像中肝脏的边缘轮廓线为参考图像，对三维肝脏模型进行弹性变形； 以一组平行等间隔的平面切割变形后的三维肝脏模型，计算所有切断面的面积之和与相邻两个切断面的间距的乘积，将计算结果作为肝脏的体积。优选地，在利用肝脏图谱建立三维肝脏模型前，还包括 对肝脏图谱进行图像分割，获得肝脏的表面轮廓和肝脏内部血管的步骤；和 从图像分割后的肝脏图谱提取肝脏最外侧的边缘轮廓的步骤。优选地，利用肝脏图谱建立三维肝脏模型包括用图像分割后的肝脏图谱进行体绘制的步骤；和 利用从肝脏图谱提取到的肝脏最外侧的边缘轮廓进行面绘制的步骤。优选地，采用区域生长方法和手动分割方法对肝脏图谱进行图像分割，所述区域生长方法包括以下步骤 al)设定区域生长时迭代次数为N，选定初始的种子点集合P，与集合P相邻的点记为内部边界点集合I，与集合I相邻的外部点记为外部边界点集合E ； a2)计算集合P的灰度平均值VP，找出集合I中灰度值与Vp最接近的像素点作为新的种子点，将其添加入集合P中，重新计算VP，并更新内部边界点集合I和外部边界点集合E ; a3 )计算集合I的灰度平均值V1和集合E的灰度平均值VE，计算种子点区域和内部边界的灰度平均值之差\。二 I Vp-V11，计算内部边界和外部边界的灰度平均值之差Vre = I Ve-Vi I， 存储每次区域生长后计算得到的\c和Vrc ； a4)重复步骤a2)和a3)直到达到设定的迭代次数N ； a5)找出\c取得最大值时的迭代次数Max，在Max之前的Vrc取得最大值时的迭代结果即为最佳的分割结果。优选地，用边界跟踪方法提取肝脏图谱中肝脏最外侧的边缘轮廓，该边界跟踪方法包括以下步骤 bl)搜索图像得到最左下方的初始边界点A ； b2)以A为起始点，搜索新的边界点搜索A的8邻域，从A的左上方开始按顺时针方向搜索，第一个符合条件的点即为新的边界点； b3)以新的边界点为中心，在当前搜索方向的基础上逆时针旋转90°作为新的开始的搜索方向，按顺时针方向继续搜索新的边界点； b4)若新的边界点为初始边界点A时，搜索停止，得到闭合的边界；否则重复步骤b3)。优选地，所述配准步骤中，用曲率绝对值积分的尺度不变特性得到超声图像中肝脏的边缘轮廓线和三维肝脏模型上对应轮廓线的比例关系。优选地，以超声图像中肝脏的边缘轮廓线为参考图像，对三维肝脏模型进行弹性变形的步骤包括建立一个立方体网格，以该立方体网格为新的坐标系，将三维肝脏模型嵌入该立方体网格中，用伯恩斯坦多项式建立网格节点和三维肝脏模型表面所有点的关联，根据超声图像中肝脏的边缘轮廓线和三维肝脏模型对应位置的偏差引导网格节点变形，网格节点又带动整个三维肝脏模型变形。优选地，将每个切断面划分为多个三角形，通过求多个三角形的面积之和得到切断面的面积。优选地，所述肝脏指定切面包括第一肝门、第二肝门、肝脏右肾、肝右缘、下腔静脉、腹主动脉和肝脏胆囊的纵切面、以及肝左叶的横切面。优选地，所述肝脏图谱采用数字人图像。本专利技术肝脏体积测量方法利用已知的肝脏图谱建立三维肝脏模型，通过超声图像引导三维肝脏模型变形，进而利用变形后的三维肝脏模型快速方便的获得肝脏体积。其只需要获得肝脏的指定切面的超声图像即可得到肝脏的体积，测量方便快速，对人体无任何损害，可反复测量，而且肝脏体积测量精度较高。附图说明图I为本专利技术一些实施例肝脏体积测量方法的流程图。具体实施例方式本专利技术综合了超声和CT测量的优点，首先由肝脏图谱建立一个三维的肝脏模型，利用超声获取肝脏特定切面的图像，然后超声图像与三维肝脏模型配准，引导肝脏模型变形，最后测量变形后肝脏模型的体积。该方法只需要获得肝脏的超声图像，对人体无任何损害，可反复测量，而且肝脏体积测量精度较高。下面结合附图和实施例做进一步说明。 参照图1，本，包括以下步骤 三维重建步骤S3，该步骤利用肝脏图谱建立三维肝脏模型；获取肝脏指定切面的超声图像，并进行图像分割获得超声图像中肝脏的边缘轮廓线；图像配准步骤S4，该步骤将获得的肝脏指定切面的超声图像与建立的三维肝脏模型配准； 模型变形步骤S5，该步骤以超声图像中肝脏的边缘轮廓线为参考图像，对三维肝脏模型进行弹性变形； 体积测量步骤S6，该步骤以一组平行等间隔的平面切割变形后的三维肝脏模型，计算所有切断面的面积之和与相邻两个切断面的间距的乘积，将计算结果作为肝脏的体积。可以将每个切断面划分为多个三角形，通过求多个三角形的面积之和得到切断面的面积。对于未经过图像处理的肝脏图谱，在利用肝脏图谱建立三维肝脏模型前，还包括对肝脏图谱进行图像分割，获得肝脏的表面轮廓和肝脏内部血管的步骤Si;和从图像分割后的肝脏图谱提取肝脏最外侧的边缘轮廓的步骤S2。肝脏图谱的分割要求准确的分割出肝脏及其周围组织，由于肝脏与其他组织的灰度差异比较小，没有一种图像分割方法可以完美的将肝脏分割出来。在本专利技术的一种较佳实施例中，采用区域生长方法和手动分割方法相结合完成肝脏图谱中肝脏的精确分割。其中区域生长方法包括以下步骤 al)设定区域生长时迭代次数为N，选定初始的种子点集合P，与集合P相邻的点记为内部边界点集合I，与集合I相邻的外部点记为外部边界点集合E ；a2)计算集合P的灰度平均值VP，找出集合I中灰度值与Vp最接近的像素点作为新的种子点，将其添加入集合P中，重新计算VP，并更新内部边界点集合I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑，单彦会，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：