[发明专利]一种肾脏内微细管道3D重构方法

说明书

本发明公开了一种肾脏内微细管道3D重构方法，包括：采用连续门限分割算法，从肾脏CT图像中分割出肾内管道图像；采用能量驱动中心线的提取方法，提取肾内管道图像的骨架，并建立管道三维拓扑模型；在管道三维拓扑模型上，通过插值方法，对肾内管道中某些位置部分缺失的管道进行修补；且通过分形理论，对肾内管道中某些位置全部缺失的管道进行修补。本发明将自相似性理论的分形学方法引入到肾脏内微细管道的3D重构中，可通过分形方法对管道中全部信息丢失的部分进行修补。为了打破新修补管道的相同性和规律性，重构时加入了柏林噪声，使得重构后的管道具有随机性，与真实血管更加一致，提高了血管重建的逼真度。

技术领域

本发明涉及肾脏外科手术技术领域，更具体的涉及一种肾脏内微细管道3D重构方法。

背景技术

虚拟手术仿真系统是一项专门针对手术过程中可能发生的各种现象进行“无失真”模拟的新型虚拟现实应用系统。这种手术仿真系统借助计算机，可以为受训的医生提供各种具有三维解剖结构特征和生物力学特性的虚拟“试验材料”，可反复操作，不受时间和空间的限制，极大地提高了外科手术训练的效率、降低成本，为解决医学院学生、实习医生或者低年资医生的手术培训问题提供了新的方向和途径。随着人们对虚拟手术仿真系统认识的不断提高，其在手术导航、手术辅助、术后恢复训练等方面也得到广泛的运用。

肾脏外科手术是针对肾脏器官内的病变，尤其是肾脏恶性肿瘤的一线治疗选择方案。精准肾脏外科手术不同于普通的切除术，这种新型外科手术的理念立足于手术安全性、治疗有效性、干预微创化三个维度的交集上，精确定位三者的最佳平衡点并给予准确的干预，以实现手术实践的最优化和患者获益最大化。这给外科手术医生提出了更高，甚至说苛刻的要求，如果不经过充分的术前训练和术前规划，低年资的医生是无法完成如此精准的外科手术任务。虚拟手术仿真系统可以让医生在重建的三维人体模型上，对手术的全过程进行反复模拟，而不会带来严重后果。肾脏软组织的三维模型是肾脏切除虚拟手术仿真的基础，同时也是各类手术操作的对象，贯穿整个仿真过程。肾内管道系统具有形态变异大、多套管道结构及分支复杂，但又相互间联系紧密的特点。除了其它脏器都有的动脉、静脉以外，还有肾脏特有的门静脉和肾内胆管系统。重构出精细化的肾脏内管道系统可以让医生在进行真实手术前，在虚拟模型上进行手术预演和反复练习，深入了解动脉、静脉分支的变异情况，切割过程中更好地保护好血管结构，从而使失血量达到最小，实现肾脏的精准切除。

目前，受限于技术手段、患者条件以及处理过程中信息丢失，会造成血管有些节点会出现极小半径的情况，导致重构的管道模型中某些位置部分缺失或者全部缺失，从而影响管道重建的逼真度。

发明内容

本发明实施例提供一种肾脏内微细管道3D重构方法，用以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例提供一种肾脏内微细管道3D重构方法，包括：

管道提取：采用连续门限分割算法，从肾脏CT图像中分割出肾内管道图像；

管道细化：采用能量驱动中心线的提取方法，提取肾内管道图像的骨架，并建立管道三维拓扑模型；

管道修补：在管道三维拓扑模型上，通过插值方法，对肾内管道中某些位置部分缺失的管道进行修补；且通过分形理论，对肾内管道中某些位置全部缺失的管道进行修补。

进一步地，所述管道提取，还包括：

采用高斯平滑滤波方法，对分割后的肾内管道图像进行平滑。

进一步地，本发明实施例提供的肾脏内微细管道3D重构方法，还包括：管道去噪：

采用阈值法，去除管道末端毛细血管处出现的环路；

采用高斯平滑滤波方法，去除管道末端毛细血管处出现的毛刺。

进一步地，所述通过分形理论，对肾内管道中某些位置全部缺失的管道进行修补，具体包括：