[发明专利]一种肺结节周边血管量化评估系统及方法

说明书

本发明公开了一种肺结节周边血管量化评估系统及方法，其中，该系统包括：肺结节分割模块(对肺部CT影像中的肺结节的边界进行自动勾画，分割出肺结节)、包围盒处理模块(以肺结节为中心提取包围盒)、血管骨架计算模块(提取包围盒内的血管并计算其骨架)和血管量化模块(依据血管的骨架与肺结节之间的距离对肺结节周边血管进行自动量化)。本发明的有益之处在于：(1)本发明的系统，能对肺结节周边血管的数量进行全自动的量化分析，提高临床评估效率；能在三维空间中分析肺结节和周边血管的关系，明显提高精确度；(2)本发明的方法，实现了肺结节周边血管的量化分析，可计算可能含粘连肺结节的局部凸包，不会漏掉与肺边界的粘连结节。

技术领域

本发明涉及一种肺结节周边血管量化系统及方法，属于数字图像处理技术领域。

背景技术

肺癌位居全世界所有癌症死亡率之首，其高死亡率主要归结于缺乏早期症状和缺乏有效的筛查手段。美国国家肺癌筛查试验(NLST)的研究表明，进行肺癌筛查使用CT检查比胸部x射线更为有效，可降低20％左右的肺癌死亡率。虽然如此，使用CT检查时，其中96％的结节经查证是假阳性，这往往会导致不必要的过度诊断(如随访扫描、侵入性活检)。因此，如何降低过度诊断、提高CT对肺癌筛查的有效性是目前临床面临的主要问题。

在临床实践中，放射科医师确定结节的良恶性主要是根据结节的影像学特征，如实性百分比、钙化、毛刺和增长速度等。而与癌症有关的一个重要特征即血管增生，还没有从影像学的角度被很好地探索，尽管它在肿瘤生长和转移过程中起着非常关键性的作用，被广泛认为是一种肺癌风险、进展和疗效的生物学标志。目前，评估肿瘤血管增生的标准方法是从肿瘤取样，然后利用其它技术手段来评估肿瘤内部微血管密度(MVD)或者肿瘤细胞代谢负荷。在成像方面，主要的手段是通过量化结节中的灌注或代谢活动水平来间接评估肿瘤血管增生，例如双能量CT、PET-CT和磁共振成像(MRI)，所有这些技术主要侧重于肿瘤的内部微血管。1990年Mori等首次在CT影像上研究肿瘤血管增生，并报告说肺静脉向恶性结节的汇集明显大于向良性结节的汇集，相关文献也支持这一观点，认为CT影像中的血管向结节汇聚或环绕结节的程度可能与肺癌阶段和病理相关。

因此，分析肺部CT影像中结节与周边血管的关系，如结节周边血管的数量及体积量化分析，对判断肺结节的良、恶性及肿瘤生长阶段有重要意义。

目前，分析肺结节周边血管数量及体积的步骤如下：

(1)在肺部CT影像序列中选中感兴趣的肺结节；

(2)通过肉眼观察肺结节周边血管数量；

(3)利用医学影像浏览软件的测量工具手绘肺结节周边血管的边界，并得到血管体积。

肉眼观察肺结节周边血管数量及手绘血管边界计算血管体积的方法的缺点如下：

(1)准确性差

CT影像为灰度图像，尤其对于低剂量CT影像，肺血管和肺结节及周边其他结构的对比度并不明显，肺血管和肺结节的空间关系复杂，在轴状面上肉眼通过对比度判断穿过肺结节或与肺结节相连并不容易，因此很难保证肺结节周边血管的数量及体积计算的准确性。

(2)效率低

为了准确判断血管数量，需要反复查看对比包含肺结节的多张2D影像，另外，肺血管在形状上接近圆柱体，因此需要在多个2D CT影像的轴状面上手绘血管的边界。因此，这种手工方法分析方法非常耗时，不适用多个肺结节周边血管分析。

(3)漏检

目前提取肺实质的算法主要是肺区域分割算法，比如基于阈值的各种区域填充方法，虽然这种算法可有效地提取肺实质，但当肺区域与肺壁相邻并且密度相近时，会错误地过滤掉这些区域，导致这些区域中可能含有的粘连结节漏检。

发明内容