用于交互式肝脏血管和胆管系统评估的方法、系统、装置和计算机程序产品的制作方法
【专利说明】用于交互式肝脏血管和胆管系统评估的方法、系统、装置和计算机程序产品
相关串请的交叉引用
[0001]本申请要求申请日为2009年5月8日的美国临时专利申请N0.61/176，689的优先权，该文献的内容在此以其全文形式被结合入本文作为引用，如同其内容在本文全部陈述。
技术领域
[0002]本文所述的示例方面涉及医学影像处理，并且具体地说涉及用于交互式术前评估肝脏血管和胆管系统的方法、系统、装置和计算机程序产品。
【背景技术】
[0003]人体肝脏接收大约30%的静息心输出量。人体肝脏是富含血管的器官，具有三种血管系统:门静脉，肝静脉，和肝动脉系统。此外，人体肝脏具有胆管系统，在所述胆管系统中胆管将胆汁从肝脏和胆囊输送入十二指肠。
[0004]由于肝脏中复杂的血管解剖结构，对肝脏进行外科手术可能富有挑战性。一般来说，在一次成功的手术后，患者会有足够的由全部四种管道系统供给的剩余肝脏组织。实现该目的的一种方式是进行术前肝脏管道评估，所述评估包括适宜的分割血管和胆管并且在管道系统中建立可靠的量化的空间关系。
[0005]不过，好的分割管道可能难以实现。例如，肝动脉的分支可能是非常细的一像单个像素宽度一样小一使得分割这些分支变得困难。此外，小血管分支和周围的解剖结构之间的成像对比度可能非常低。因此，广泛使用的分割技术如区域生长通常不能产生足够令人满意的输出。基于图谱和模型的方法也不能提供希望的精确度，因为不同患者之间的肝脏血管解剖结构差异很大。因此，有效和快速分割小血管和/或具有低对比度的血管仍具有挑战性。
[0006]可靠评估患者的胆管系统也可能难以实现。术前评估患者的胆管具有显著的临床重要性，因为术后胆管并发症是普遍遇到的问题。不过，在术前评估中，通常用不同于其它肝内解剖结构(例如肝脏血管系统)的造影剂和数据采集设备扫描胆管。例如，大多数的肝内解剖结构可通过核磁共振(MR)或电脑断层造影(CT)技术进行扫描，而胆管系统可通过磁共振胆胰管成像(MRCP)或CT胆管成像(CTC)技术进行扫描。在这些情况，不同肝内系统的不同扫描必须配准，以便分析患者的胆管解剖结构连同其它肝内解剖结构。准确的配准要求胆管系统的扫描与其它解剖结构的扫描很好地配准。不过，在肝脏的解剖结构中，门静脉和胆管是平行的而不是交叠的。因此，利用通过使对象之间的空间差异最小化来使两个对象的交叠最大化的传统配准算法不能产生完好配准的扫描。
[0007]此外，患者身体姿势的改变可能导致是软组织器官的肝脏的显著变形。例如，在患者胆管系统的扫描过程中，与在患者肝脏血管系统的先前扫描过程中的形状相比，患者肝脏的形状可能发生变形。在该示例中，胆管扫描与血管扫描的配准，被上文所述的空间错位复杂化，同时还可能被变形影响进一步复杂化。
[0008]从上文的讨论可见，已知的方法和系统不足以提供有效生成三维血管分割的交互式血管分割方法。已知的方法和系统也不足以允许血管和胆管系统的术前评估。并且，已知的系统不提供医师所希望的量化、灵活性和易用性的结合。
【发明内容】
[0009]通过用于在三维医学影像上进行影像分割的方法和用于在影像中配准解剖结构的方法，以及根据所述方法操作的系统、装置和计算机程序，可以克服与前述相关的现有限制和其它限制。
[0010]根据一个示例性实施例，用于在三维医学影像上进行影像分割的方法包括产生包括解剖结构的三维影像的投影，在所述投影上描绘对应于所述解剖结构的至少一条曲线，根据所述至少一条曲线和投影提取感兴趣曲面体，并且在所述感兴趣的曲面体中提取分割的解剖结构。
[0011]根据另一示例性实施例，用于在影像中配准解剖结构的方法包括在第一影像中确定胆管系统的一部分，在第二影像中确定肝门静脉和肝动脉中的一个的一部分，在所述第一和第二影像中确定胆囊，根据与所述胆管系统和所述肝门静脉和肝动脉中的一个相关的至少一个预定的空间关系确定代价函数，并且通过使所述代价函数最大化来配准所述胆管系统和所述肝门静脉和肝动脉中的一个。所述至少一个预定的空间关系包括所述胆管系统的一部分相对于所述肝门静脉和肝动脉中的一个的一部分的定向。
【附图说明】
[0012]本文所要求保护和/或所披露的内容将结合示例性实施例进一步进行描述。这些示例性实施例将结合附图详细描述。这些实施例是非限制性的示例实施例，其中同样的附图标记在附图的若干视图中表示相似的结构。
[0013]图1示出了根据本文的一个示例实施例，由用于术前和术后评估的系统构成的示例。
[0014]图2(a)示出了根据本文的一个示例实施例，通过血管分析单元进行血管分析的流程图。
[0015]图2(b)示出了根据本文的一个示例实施例，用于血管分割的流程图。
[0016]图2(c)是CT扫描的二维切片的影像。
[0017]图2(d)是MIP图的影像，具有包括图2(c)中的切片的层块厚度。
[0018]图2(e)是MIP图的另一影像，包括图2(c)中的切片和不同于图2 (d)的MIP图的层块厚度。
[0019]图2(f)示出了沿着MIP图上的血管绘制的轮廓。
[0020]图2(g)示出了从图2(f)所示的轮廓中提取的曲面感兴趣区域。
[0021]图2(h)示出了显示在MIP图中的细血管分割结果。
[0022]图2(i)示出了显示在最初二维切片中的细血管分割结果。
[0023]图3示出了根据本文的一个示例实施例，用于配准血管和胆管结构的流程图。
[0024]图4(a)示出了包括分割的门静脉的肝脏空间的三维影像。
[0025]图4(b)示出了包括胆囊的分割的胆管系统的三维影像。
[0026]图4(c)示出了患者腹部的CT扫描，其中箭头表示胆囊。
[0027]图4(d)示出了分割的胆管系统和图4(c)所示的CT扫描之间的空间差异。
[0028]图4(e)示出了分割的胆管系统配准图4(c)所示CT扫描上的肝脏空间。
[0029]图5(a)不出了门静脉系统和胆管系统。
[0030]图5 (b)示出了在CT或MR扫描中可见的门静脉和胆囊。
[0031]图5 (C)示出了在MRCP或CTC扫描中可见的胆管和胆囊。
[0032]图5(d)示出了来自不同扫描的胆囊之间的交叠。
[0033]图5(e)示出了门静脉和胆管之间的表面距离。
[0034]图6是根据图2(a)的流程图设置的功能模块图。
[0035]图7是根据图2(b)的流程图设置的功能模块图。
[0036]图8是根据图3的流程图设置的功能图。
[0037]图9是示例性计算体系结构的示图。
【具体实施方式】
[0038]本文所披露的示例方面涉及交互式和实时评估肝脏血管和胆管结构的方法、系统、装置和计算机程序产品。这些示例性实施例可用于促进定量评估和评价解剖结构，例如肝脏、肝脏分割部分、血管结构、血管流域、胆管结构和肝病灶。所述评估和评价可包括在解剖结构之间建立空间关系，并且可用于例如术前规划要对肝脏进行的手术和在手术后评价肝脏。
用于血管、胆管系统和流域分析的系统
[0039]图1示出了根据一个示例性实施例可用于术前和/或术后外科手术评估的系统的示例性构造。系统包括患者数据库111，肝脏分析单元112，血管分析单元113，胆管系统分析单元114，血管-胆管系统配准单元115，和流域分析单元116。所述构成部分的每一个可通过软件、硬件或固件实现，并且每一个可设置成由用户操作。
[0040]患者数据库111可用于加载用于评估的影像。例如，影像可以指定是选定的患者并且与所述患者肝脏的血管和/或胆管评估相关。所述影像的示例包括但不限于，CT扫描、MR扫描、磁共振胆胰管成像(MRCP)扫描、CT胆管成像(CTC)扫描和超声波扫描。从患者数据库111加载的扫描可包括多个扫描期，例如可以扫描CT或MR影像的多个扫描期用于综合评价解剖结构例如肝脏、病灶和血管。
[0041]—般来讲，肝脏分析单元112、血管分析单元113和胆管系统分析单元114可用于帮助用户定量分析肝脏的解剖结构，例如肝脏本身、肝病灶以及肝脏的血管和胆管系统。具体地说，肝脏分析单元112可用于肝脏分割和容积测量，血管分析单元113可用于血管分割和分析，而胆管系统分析单元114可用于胆管结构分析。
[0042]在图1中，从患者数据库111加载的CT和MR影像被传送至肝脏分析单元112和血管分析单元113，而CTC和MRCP影像被传送至胆管系统分析单元114。可以使用这种结构是因为在一些情况，尽管CT或MR影像适用于例如肝脏、病灶和血管分析，但可能不适用于胆管系统的分析。因此，其它影像例如MRCP或CTC影像可用于胆管系统评价。不过，应当理解，图1所示的任何特定的数据采集设备和目的仅用于示例而不是限制性的。例如，尽管附图示出了用于胆管系统分析的MRCP或CTC影像，来自其它数据采集设备的影像(包括用于肝脏和血管分析的相同影像扫描)也可用于胆管系统分析。
[0043]肝脏分析单元112、血管分析单元113和胆管系统分析单元114分别单独评价肝脏结构、血管系统和胆管系统。不过，单独评价这些解剖结构可能仅对术前规划提供有限的帮助。例如，医师可能希望得到患者肝脏的完整三维解剖结构，以便根据综合考虑不同的重要解剖结构以及它们的空间关系精确地规划外科手术。在这种情况，医师可能希望患者的胆管和胆囊连同肝脏、病灶和血管树一起显示在计算机屏幕的三维空间中，即使这些解剖结构的每一个以不同的影像采集模式(例如MR扫描和