一種顱內血管包圍盒自動規劃方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及圖像處理【技術領域】，特別是一種顱內血管包圍盒自動規劃方法和裝置，其中方法包括：基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所述感興趣血管是大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈；當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒；當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置規劃從前到后觀測方向的威利斯環包圍盒；當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃從后到前觀測方向的威利斯環包圍盒。如此技術方案能夠實現自動規劃包圍盒，其規劃效率高，規劃精準度局o
【專利說明】-種顱內血管包圍盒自動規劃方法和裝置
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及圖像處理【技術領域】，特別是涉及一種顱內血管包圍盒自動規劃方法和 裝直。
【背景技術】
[0002] 威利斯環區域是顱內血管的重要結構，也是顱內動脈血管病變的高發區，醫生需 要根據局部CTA三維體數據的三維繪制結果，觀察威利斯環區域內血管的位置、結構和走 向等特點，以實現對顱內動脈血管疾病的診斷。
[0003]由于威利斯環區域被高密度的顱骨完全遮擋，臨床實踐中為了實現在三維繪制結 果中觀察威利斯環內血管的目的，醫生需要手動規劃包含威利斯環包圍盒，最終三維繪制 時僅對包圍盒內的CTA三維體數據進行繪制。由于患者的姿勢無法完全按照醫生囑咐，而 醫生是根據預設的患者姿勢估計包圍盒的位置,具體實現時醫生常常需要通過多次嘗試以 確定出一個比較準確的威利斯環包圍盒。可見該手動規劃過程繁瑣、耗費時間。
【發明內容】
[0004] 本發明實施例提供了 一種顱內血管包圍盒自動規劃方法和裝置，能夠自動規劃威 利斯環包圍盒，其規劃效率高且精準度高。
[0005] 第一方面，本發明實施例提供了一種顱內血管包圍盒自動規劃方法，包括：
[0006] 基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所述感興趣血管是 大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈；
[0007] 當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該動脈的方向， 針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒；
[0008] 當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置規劃從前到后觀測方 向的威利斯環包圍盒；
[0009] 當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃從后到前觀測方向的 威利斯環包圍盒。
[0010] 優選的，所述基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置的步驟 包括：
[0011] 基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是大腦胼胝體形心的 軸狀面；
[0012] 根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區域，獲得顱骨 內腦實質區域；
[0013] 在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位置。
[0014] 優選的，所述根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區 域，獲得顱骨內腦實質區域的步驟包括：
[0015] 采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及所述顱骨中間層至 顱骨頂部的曲面，獲得兩個曲面；
[0016] 將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區域。
[0017] 優選的，所述在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位置的步 驟包括：
[0018] 采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的 潛在位置；
[0019] 采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的定
[0020] 位點，將定位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。
[0021] 優選的，所述當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該 動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒的步驟包括：
[0022] 先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接確定多 條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計出點到直線的距離 小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為大腦 中動脈的方向；
[0023] 根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方向和/或從右到左觀測 方向的威利斯環包圍盒；和/或者，
[0024] 根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從頭到腳、從腳到頭任一 或多個觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0025] 優選的，所述方法還包括：
[0026] 從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接確定多條 支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計出點到直線的距離小 于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為感興趣 血管的方向；
[0027] 根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣血管包圍盒,該包圍盒包含所述感 興趣血管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方向。
[0028] 第二方面，本發明實施例提供了 一種顱內血管包圍盒自動規劃裝置，所述裝置包 括：
[0029] 定位單元，用于基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所 述感興趣血管是大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈；
[0030] 第一規劃單元，用于當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置 分析該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒；
[0031] 第二規劃單元，用于當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置 規劃從前到后觀測方向的威利斯環包圍盒；
[0032] 第三規劃單元，用于當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃 從后到前觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0033] 優選的，所述定位單元包括：
[0034] 匹配子單元，用于基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是 大腦胼胝體形心的軸狀面； t〇〇35] 擬合子單元，用于根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內 部區域，獲得顱骨內腦實質區域；
[0036]確定子單元，用于在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位 置。
[0037] 優選的，所述擬合子單元包括：
[0038]曲面擬合模塊，用于采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及 所述顱骨中間層至顱骨頂部的曲面，獲得兩個曲面；
[0039]區域確定模塊，用于將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區 域。
[0040] 優選的，所述確定子單元包括：
[0041]檢測模塊，用于采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內 感興趣血管的潛在位置；
[0042]選擇模塊，用于采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的 定位點，將定位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。
[0043] 優選的，所述第一規劃單元包括：
[0044]確定方向子單元，用于先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的 多個點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線 統計出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多 的直線的方向作為大腦中動脈的方向；
[0045]第一規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方 向和/或從右到左觀測方向的威利斯環包圍盒；和/或者，
[0046]第二規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從 頭到腳、從腳到頭任一或多個觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0047] 優選的，所述裝置還包括：
[0048] 感興趣血管方向確定單元，用于從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所 選擇的多個點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每 條直線統計出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數 目最多的直線的方向作為感興趣血管的方向；
[0049] 感興趣血管包圍盒規劃單元，用于根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣 血管包圍盒，該包圍盒包含所述感興趣血管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方 向。
[0050] 本發明實施例的技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：
[0051] 本發明實施例的技術方案，先基于頭部CTA三維體數據定位出威利斯環內感興趣 血管的位置；然后再根據不同的血管位置或者根據不同的血管的位置和方向實現對應的觀 測方向的包圍盒的規劃。該技術方案主要是以掃描得到的頭部CTA三維體數據為依據，分 析出威利斯環內感興趣血管的位置，以實際掃描數據為依據其可靠性較高，再者根據定位 出的感興趣血管的位置或者根據感興趣血管的位置和方向就可以對應的規劃出不同觀測 方向的威利斯環包圍盒，整個過程無需醫生或者其他操作人員參與，其自動規劃的精準度 局。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0053]圖1為本發明顱內血管包圍盒自動規劃方法實施例1的流程圖；
[0054]圖2為本發明提供的感興趣血管的定位方法的流程圖；
[0055]圖3為本發明提供的顱骨中間層定位模板示意圖；
[0056]圖4為本發明顱內血管包圍盒自動規劃方法實施例2的流程圖；
[0057]圖5為本發明顱內血管包圍盒自動規劃裝置實施例【的結構圖。
【具體實施方式】
[0058]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實 施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護 的范圍。
[0059]參見圖1，圖1為本發明實施例1顱內血管包圍盒自動規劃方法的流程圖，該方法 包括：S101 ?S104。
[0060] S101，基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所述感興趣 血管是大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈。
[0061] 在實際臨床中顱骨內的威利斯環也被稱之為大腦動脈環或者willis環，威利斯 環內的動脈血管是顱內動脈血管病變的高發區，醫生為了針對顱內血管的癥狀，需要以威 利斯環內動脈血管為依據進行診斷。在實際臨床中醫生想要觀察威利斯環內動脈血管需要 先規劃一個合適的包圍盒，再觀察針對該包圍盒的三維繪制結果。
[0062] 威利斯環內有大腦中動脈、大腦前動脈、基底動脈等動脈血管，每種動脈在威利斯 環內都有其固定的相對位置，基于此，根據威利斯環內每種動脈的位置均可以確定出烕利 斯環位置。在具體實現時，可以通過威利斯環內任一種動脈的位置規劃出對應觀測方向的 威利斯環包圍盒。
[0063]由于威利斯環內不同的動脈所在位置不同，考慮到不同的觀測方向需要的基礎數 據不同，因此，在實際規劃中利用不同的動脈位置只能規劃其中一種或者多種觀測方向的 威利斯環包圍盒，通過下面各個步驟分別實現針對威利斯環內不同的動脈實現對應的威利 斯環包圍盒的規劃。
[0064]步驟102,當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該動脈 的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒。
[0065] 在具體實現時，醫生需要一個或者多個觀測方向的威利斯環包圍盒，具體觀測方 向包括：從頭到腳、從腳到頭、從前到后、從后到前、從左到右、從右到左等觀測方向。
[0066]由于在規劃從左至右、從右至左的觀測方向的威利斯環包圍盒時，不僅需要威利 斯環內感興趣血管的位置之外，還需要感興趣血管的方向，以保證包圍盒的準確規劃。因 此，在規劃從左至右、從右至左的觀測方向的威利斯環包圍盒時，先分析出大腦中動脈的方 向，然后依據大腦中動脈的位置和方向規劃的觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0067]由于在規劃從頭到腳、從腳到頭、從前到后、從后到前這四個觀測方向的威利斯環 包圍盒時，無需關注其血管的方向，因此，在具體規劃時可直接利用大腦中動脈的位置規劃 對應觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0068] 步驟103,當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置規劃從前到 后觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0069] 大腦前動脈在威利斯環區域內的相對位置決定了根據大腦前動脈只能規劃出從 前到后觀測方向的威利斯環包圍盒，因此，當定位出的是威利斯環內大腦前動脈的位置，則 根據大腦前動脈的位置直接規劃從前到后觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0070] 在具體實現時，上述規劃過程具體為：首先確定前邊界平面，該前邊界平面需要確 保大腦前動脈所有定位點都在該前邊界平面的后側，該前邊界平面位于距離最近的大腦前 動脈一定距離范圍內，該前邊界平面的法向量垂直向后；該包圍盒的其他平面需要至少包 括該前邊界平面之后的全部腦實質區域。
[0071] 步驟104,當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃從后到前觀 測方向的威利斯環包圍盒。
[0072] 基底動脈在威利斯環內的相對位置決定了根據基底動脈只能規劃處從后到前觀 測方向的威利斯環包圍盒，因此，當定位出威利斯環內基底動脈的位置時，則根據基底動脈 的位置直接規劃出從后到前觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0073] 在具體實現時，上述規劃過程具體為：根據基底動脈定位點確定后邊界，該后邊界 需要確保基底動脈所有定位點在該邊界面以前，且該邊界面的法向量為垂直向前。
[0074] 通過上述本發明實施例可以看出，本發明實施例的技術方案主要是以掃描得到的 頭部CTA三維體數據為依據，定位得到威利斯環內感興趣血管的位置，以實際掃描數據為 依據使其可靠性較高，再者根據定位出的感興趣血管的位置或者根據感興趣血管的位置和 方向就可以對應的規劃出不同觀測方向的威利斯環包圍盒，整個過程無需醫生或者其他操 作人員參與，其自動規劃的精準度高。
[0075] 針對上述步驟S101本發明還提供了優選實現方式，下面對該優選實現方式作進 一步解釋說明。具體可參閱圖2,圖2是本發明提供的感興趣血管的定位方法。通過圖2可 以看出，該方法包括：
[0076] S1011，基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是大腦胼胝體 形心的軸狀面；
[0077] 本步驟在具體實現時，首先要預先建立顱骨模型，利用該顱骨模型匹配當前頭部 CTA三維體數據中的顱骨中間層。下面對顱骨模型的建立過程作進一步解釋說明。
[0078] 先掃描獲得頭部CTA三維體數據，從頭部CTA三維體數據選擇經過大腦胼胝體形 心的軸狀面,根據指定骨骼閾值分割該軸狀面上的顱骨區域并計算顱骨區域的中心位置， 該中心位置可以是軸狀面顱骨區域的形心或者重心，從中心位置360度旋轉依次發出多個 射線，比如從中心位置順時針等角度發出射線，記錄每個射線與軸狀面顱骨區域內側的交 點，由該中心位置和所有交點建立顱骨模型，建立好的顱骨模型如圖3所示。
[0079] 在具體實現時，也可以先預先建立多個顱骨模型，再根據多個顱骨模型求取一個 平均模型，將平均模型作為最合適的顱骨模型，利用該顱骨模型參與匹配使得匹配可靠性 更高。在實際應用中，除了由中心位置和所有交點建立顱骨模型之外，還可以考慮由中心位 置和兩個相鄰交點組成的三角形區域的灰度值，則還可以根據中心位置、所有交點、以及三 角形區域的灰度值建立顱骨模型。具體實現時，為了使得顱骨模型更具有針對性和可靠性， 還可以考慮不同年齡、不同性別人體的頭部的不同形狀和大小，這樣基于同一年齡、同一性 另IJ、同一形狀和同一大小（可以是相近似）的人體的頭部CTA體數據，建立對應的顱骨模型 以使得匹配操作更精準。
[0080] 建立好顱骨模型之后，利用該顱骨模型匹配顱骨中間層，下面對該匹配過程作進 一步解釋說明。
[0081] 頭部CTA三維體數據其包含多個軸狀面的數據，但多個軸狀面中只有一個軸狀面 是顱骨中間層，因此匹配操作的本質是從CTA三維體數據中選擇出與顱骨模型相似度最高 的一個軸狀面，將該軸狀面作為CTA三維體數據對應的顱骨中間層。下面對匹配過程作進 一步解釋說明。
[0082] 首先，按照一定骨骼閾值對頭部CTA三維體數據每個軸狀面進行骨骼區域分割， 從每個軸狀面中選擇聯通面積最大的區域，計算該區域的中心位置，該中心位置同樣可以 是形心位置或者重心位置，為了保證匹配的可靠性，中心位置選擇與顱骨模型同樣類型形 心位置或者重心位置，從中心位置360度旋轉依次發出多個射線。比如從中心位置順時針 等角度發出射線，記錄每個射線與軸狀面顱骨區域內側的交點，如果未相交則該交點設為 無窮遠；將每個軸狀面對應的一個中心位置和多個交點作為每個軸狀面的形狀描述結構， 將每個軸狀面的形狀描述結構與顱骨模型進行差異比較以選擇出顱骨中間層。每個軸狀面 都按照如下方式進行對比：
[0083] 將每個軸狀面的形狀描述結構的中心位置與顱骨模型的中心位置對齊，計算對應 骨骼邊緣交點的距離差異，差異越小說明兩者相似度越高，最終選擇與顱骨模型差異最小 的軸狀面作為顱骨中間層。當然，如果顱骨模型還具有三角形區域的灰度值，則匹配過程中 還需要考慮灰度值的相似度。
[0084] S1012,根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區域，獲 得顱骨內腦實質區域。
[0085] 在具體實現時，該步驟可以通過以下方式實現，包括：
[0086]采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及所述顱骨中間層至 顱骨頂部的曲面，獲得兩個曲面；
[0087] 將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區域。
[0088] 其中盧頁骨內腦實質區域包括腦灰質、腦白質、血管等，威利斯環內的所有血管均位 于腦實質內。根據上述步驟確定的顱骨中間層將顱骨及腦實質分為上下兩部分，下面以下 部分腦實質確定過程為例對其基本原理進行說明。
[0089] 在具體實現時，利用邊緣檢測算子如Canny、Sobel算子分別在頭部CTA三維體數 據中的各個矢狀面和冠狀面中檢測骨骼邊緣，顱骨中間層對應的顱骨內側邊界位置可以分 別對應到各矢狀面上前后顱骨內側位置，搜索沿骨骼邊緣連接中間層顱骨內側前后位置的 最短路徑，該搜索方法可用求解最短路徑的方法獲取如D ijkstra算法，由不同位置的矢狀 面和冠狀面可以獲得多條路徑，這些路徑都是沿著顱骨內側連接顱骨矢狀面和冠狀面的顱 骨內輪廓的路徑。將檢測到的矢狀面和冠狀面路徑點映射到頭部CTA三維體數據坐標系 下，根據這些顱骨邊緣點利用曲面擬合或者平滑的方法可以獲得一個顱骨中間層到顱骨底 部的曲面，曲面擬合方法可以使用樣條擬合、最小二乘擬合等方法。該曲面以上至顱骨中間 層顱骨內的組織即為下部分腦實質。基于同樣的原理，可以獲得顱骨中間層到顱骨頂部內 的腦實質即上部分腦實質，顱骨內部腦實質包括上部分腦實質和下部分腦實質。
[0090] S1013,在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位置。
[0091] 在具體實現時，本步驟可以通過以下方式實現，包括：
[0092] 采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的 潛在位置；采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的定位點，將定 位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。在具體實現時，可以采用基于多尺度漢森 矩陣（H essian Matrix)的特征值建立的濾波器檢測管狀的血管結構，從而確定出感興趣 血管的潛在位置。另外，本發明還提供了另一種檢測感興趣血管的潛在位置的方法，包括：
[0093] 首先，在顱骨內腦實質區域內逐個位置計算指定半徑范圍內的灰度平滑度，該灰 度平滑度可以是該區域范圍內的方差，將該區域滿足灰度平滑度閾值的最大半徑作為該區 域血管的半徑r。然后，在該半徑之外一定范圍內判斷滿足灰度平滑度閾值的位置之間的聯 通行，即，在半徑r+n范圍內判斷滿足血管灰度閾值的全部位置點的聯通性，若存在兩個聯 通區域符合血管截面的約束條件，將這些位置點作為感興趣血管的潛在位置。
[0094] 上述約束條件可以是：截面的面積滿足一定范圍，該范圍大小可以根據已檢測出 的半徑r計算獲得；約束條件還可以是：截面的灰度方差小于已檢測出的半徑r范圍內的 灰度方差；約束條件還可以是：截面上存在滿足一定閾值條件下與已檢測到的血管中心聯 通的點。約束條件還可以是：截面上存在滿足灰度平滑度閾值的最大半徑是r的血管中心 點。這些約束條件可以單獨使用，也可以以任意組合方式使用。
[0095] 在具體實現時，上述聚類法可采用系統聚類法確定感興趣血管的位置，下面對系 統聚類法的具體實現過程作進一步解釋說明。
[0096] 首先將檢測到的感興趣動脈的潛在位置的每一個定位點看作為一類，設定類內全 部元素與另一類全部元素的最小歐式距離為兩個類之間的距離，將每個類中所有元素的重 心作為該類的中心；然后依次計算每兩個類之間的距離，當兩個類的距離滿足預設距離閾 值，且兩個類中心方向與血管聯通方向的夾角滿足預設夾角閾值，將這兩個類合并為一個 類，同時更新合并后的類的中心，如此循環執行合并處理直到所有類都無法再合并；最后將 具有元素最多的那個類中全部元素作為感興趣血管的定位點。
[0097] 由于大腦中動脈、基底動脈、大腦前動脈的結構不同，在具體實現時，其血管聯通 方向也不同，大腦中動脈的血管聯通方向是左右走向，而基底動脈和大腦前動脈的血管聯 通方向是頭腳走向的（即上下走向）。
[0098] 在臨床實踐中大部分的病變出現在威利斯環內大腦中動脈血管的位置，且大腦中 動脈血管是威利斯環內結構特征最明顯的一種動脈血管；基于此，本發明實施例提供了以 大腦中動脈為基準的威利斯環包圍盒規劃方法的優選方案。
[0099] 參見圖4,圖4為本發明顱內血管包圍盒自動規劃方法實施例2的流程圖，該方法 包括：
[0100] S201，基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內大腦中動脈的位置。
[0101]此步驟與上述方法實施例1中步驟S101相同，在此不再贅述。
[0102] S202，根據大腦中動脈的位置分析該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應 的威利斯環包圍盒。
[0103]在具體實現時，針對有些觀測方向的威利斯環包圍盒的規劃，不僅需要大腦中動 脈的位置還需要大腦中動脈的方向；而有些觀測方向的威利斯環包圍盒的規劃，僅僅需要 大腦中動脈的位置即可實現；因此,也可以通過觀測方向決定是否分析大腦中動脈的方向， 然后再針對性地規劃包圍盒。
[0104]考慮到在實際臨床中，醫生常常需要從多個觀察威利斯環結構，因此本實施例先 分析出大腦中動脈的方向，為后續規劃包圍盒打好基礎。
[0105] 在具體實現時，本步驟可以通過以下方式實現，包括：S2021?S2023
[0106] S2021，先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接 確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，統計出點到直線的距離小于閾 值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為大腦中動脈 的方向；
[0107] S2022,根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方向和/或從右到 左觀測方向的威利斯環包圍盒；和/或者，
[0108] S2023,根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從頭到腳、從腳到 頭任一或多個觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0109] 在具體實現時，S2022和S2〇23可擇其一實現，也可以兩者都實現。S2022實現從 左到右觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0110] 根據大腦中動脈的位置確定威利斯環的中心位置，該中心位置是左右大腦中動脈 定位點的相對中心位置；將右側大腦中動脈方向作為平面的法向量，由威利斯環的中心位 置和該法向量確定一個平面，將該平面作為包圍盒的左側邊界面，包圍盒的其他邊界面只 需要至少包括左側邊界向右的全部腦實質區域即可。
[0111] 當S2022實現從右到左觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0112]根據大腦中動脈的位置確定威利斯環的中心位置，該中心位置是左右大腦中動脈 定位點的相對中心位置；將左側大腦中動脈方向作為平面的法向量，由威利斯環的中心位 置和該法向量確定一個平面，將該平面作為包圍盒的右側邊界面，包圍盒的其他邊界面只 需要至少包括右側邊界向左的全部腦實質區域即可。
[0113] 當S2〇23實現從前到后觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0114] 首先確定前邊界平面，該前邊界平面需要確保全部大腦中動脈位置點都在該前邊 界平面的后側，該前邊界平面位于距離最近的大腦中動脈定位點一定距離范圍內，該前邊 界平面的法向量垂直向后；該包圍盒的其他平面需要至少包括前平面之后的全部腦實質區 域。
[0115] 當S2023實現從后到前觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0116] 根據顱骨中間層位置獲得顱骨中心位置，將該中心位置所在的冠狀面作為后邊 界，該后邊界需要包括全部地左右兩側大腦中動脈的定位點。
[0117] 當S2023實現從頭到腳觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0118] 根據顱骨中間層和腦實質區域范圍，確定包圍盒上邊界所在的位置和下邊界所在 的位置，該包圍盒上邊界為顱骨中間層所在平面，下邊界為已分割腦實質從頭到腳方向的 最低位置，其法向量為垂直向下；該包圍盒的其他邊界則必須包圍顱骨中間層以下的全部 腦實質區域。
[0119] 當S2023實現從腳到頭觀測方向的包圍盒的規劃時，具體規劃過程如下：
[0120] 根據大腦中動脈定位點確定包圍盒的下邊界面，該下邊界面需要確保大腦中動脈 的全部定位點都在該平面以上，該下邊界位于距離最近的大腦中動脈定位點一定距離范圍 內，該下邊界的平面法向量垂直向上；包圍盒的其他平面至少包圍下邊界面以上的全部腦 實質分割區域。
[0121] 進一步地，本發明還提供了優選方案，該優選方案在上述方法實施例1或者實施 例2的基礎上，增加了規劃威利斯環內特定血管的包圍盒的操作，該操作能夠滿足醫生觀 測威利斯環內特定血管的目的。規劃威利斯環內特定血管的包圍盒的操作具體是：
[0122] 從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接確定多條 支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計出點到直線的距離小 于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為感興趣 血管的方向；
[0123] 根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣血管包圍盒，該包圍盒包含所述感 興趣血管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方向。可選的，該包圍盒可以是長方體 或者圓柱體。
[0124] 與上述本發明方法實施例1相對應的，本發明還提供了一種顱內血管包圍盒自動 規劃裝置，參閱圖5,圖5為本發明顱內血管包圍盒自動規劃裝置實施例1的結構圖，該裝置 包括：定位單元 3〇1、第一規劃單元3〇2、第二規劃單元303和第三規劃單元304,下面結合 該裝置的具體工作原理對其內部各單元功能和連接關系作進一步解釋說明。
[0125] 定位單元301，用于基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置； 所述感興趣血管是大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈；
[0126] 第一規劃單元302,用于當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位 置分析該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒；
[0127] 第二規劃單元303,用于當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位 置規劃從前到后觀測方向的威利斯環包圍盒；
[0128] 第三規劃單元3〇4,用于當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規 劃從后到前觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0129] 進一步地，所述定位單元包括：
[0130]匹配子單元，用于基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是 大腦胼胝體形心的軸狀面；
[0131]擬合子單元，用于根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內 部區域，獲得顱骨內腦實質區域；
[0132]確定子單元，用于在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位 置。
[0133] 進一步地，所述擬合子單元包括：
[0134]曲面擬合模塊，用于采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及 所述顱骨中間層至顱骨頂部的曲面，獲得兩個曲面；
[0135]區域確定模塊，用于將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區 域。
[0136] 進一步地，所述確定子單元包括：
[0137] 檢測模塊，用于采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內 感興趣血管的潛在位置；
[0138] 選擇模塊，用于采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的 定位點，將定位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。
[0139] 進一步地，所述第一規劃單元包括：
[0140]確定方向子單元，用于先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的 多個點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線 統計出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多 的直線的方向作為大腦中動脈的方向；
[0141]第一規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方 向和/或從右到左觀測方向的威利斯環包圍盒；和/或者，
[0142]第二規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從 頭到腳、從腳到頭任一或多個觀測方向的威利斯環包圍盒。
[0143] 更進一步地，所述裝置還包括：
[0144]感興趣血管方向確定單元，用于從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所 選擇的多個點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每 條直線統計出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數 目最多的直線的方向作為感興趣血管的方向；
[0145]感興趣血管包圍盒規劃單元，用于根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣 血管包圍盒，該包圍盒包含所述感興趣血管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方 向。
[0146]通過上述本發明實施例可以看出，本發明提供的一種顱內血管包圍盒自動規劃裝 置，先基于頭部CTA三維體數據定位出威利斯環內感興趣血管的位置；然后再根據不同的 血管位置或者根據不同的血管為位置和方向實現對應的觀測方向的包圍盒的規劃。該技術 方案主要是以掃描得到的頭部CTA三維體數據為依據，分析出威利斯環內感興趣血管的位 置，以實際掃描數據為依據其可靠性較高，再者根據定位出的感興趣血管的位置或者根據 感興趣血管的位置和方向就可以對應的規劃出不同觀測方向的威利斯環包圍盒，整個過程 無需醫生或者其他操作人員參與，其自動規劃的精準度高。
[0147]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個頭體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個......，，限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。 '、
[0148]本發明可以在由計算機執行的計算機可執行指令的一般上下文中描述，例如程序 模塊。一般地，程序模塊包括執行特定任務或實現特定抽象數據類型的例程、程序、對象、組 件、數據結構等等。也可以在分布式計算環境中實踐本發明，在這些分布式計算環境中，由 通過通信網絡而被連接的遠程處理設備來執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可以 位于包括存儲設備在內的本地和遠程計算機存儲介質中。
[0149]以上所述僅是本發明的【具體實施方式】，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若千改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。 >
【權利要求】
1. 一種顱內血管包圍盒自動規劃方法，其特征在于，所述方法包括： 基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所述感興趣血管是大腦 中動脈、大腦前動脈或者基底動脈； 當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該動脈的方向，針對 不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒； 當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置規劃從前到后觀測方向的 威利斯環包圍盒； 當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃從后到前觀測方向的威利 斯環包圍盒。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于頭部CTA三維體數據定位威利斯 環內感興趣血管的位置的步驟包括： 基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是大腦胼胝體形心的軸狀 面； 根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區域，獲得顱骨內腦 實質區域； 在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位置。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述顱骨中間層至顱骨底部和 顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區域，獲得顱骨內腦實質區域的步驟包括： 采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及所述顱骨中間層至顱骨 頂部的曲面，獲得兩個曲面； 將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區域。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述顱骨內腦實質區域中查找威 利斯環內感興趣血管的位置的步驟包括： 采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的潛在 位置； 采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的定 位點，將定位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述當所述感興趣血管是大 腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的 威利斯環包圍盒的步驟包括： 先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接確定多條支 線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計出點到直線的距離小于 閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為大腦中動 脈的方向； 根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方向和/或從右到左觀測方向 的威利斯環包圍盒；和/或者， 根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從頭到腳、從腳到頭任一或多 個觀測方向的威利斯環包圍盒。
6. 根據權利要求1至4任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個點兩兩連接確定多條支 線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計出點到直線的距離小于 _值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直線的方向作為感興趣血 管的方向； 根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣血管包圍盒，該包圍盒包含所述感興趣 ?管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方向。
7. -種顱內血管包圍盒自動規劃裝置，其特征在于，所述裝置包括： 定位單元，用于基于頭部CTA三維體數據定位威利斯環內感興趣血管的位置；所述感 興趣血管是大腦中動脈、大腦前動脈或者基底動脈； 第一規劃單元，用于當所述感興趣血管是大腦中動脈時，根據大腦中動脈的位置分析 該動脈的方向，針對不同的觀測方向規劃對應的威利斯環包圍盒； 第二規劃單元，用于當所述感興趣血管是大腦前動脈時，根據大腦前動脈的位置規劃 從前到后觀測方向的威利斯環包圍盒； 第三規劃單元，用于當所述感興趣血管是基底動脈時，根據基底動脈的位置規劃從后 到前觀測方向的威利斯環包圍盒。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述定位單元包括： 匹配子單元，用于基于頭部CTA三維體數據確定顱骨中間層，所述顱骨中間層是大腦 胼胝體形心的軸狀面； 擬合子單元，用于根據所述顱骨中間層至顱骨底部和顱骨頂部的曲面分割顱骨內部區 域，獲得顱骨內腦實質區域； 確定子單元，用于在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興趣血管的位置。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述擬合子單元包括： 曲面擬合模塊，用于采用曲面擬合算法分別擬合所述顱骨中間層至顱骨底部以及所述 顱骨中間層至顱骨頂部的曲面，獲得兩個曲面； 區域確定模塊，用于將所獲得的兩個曲面內的顱骨內組織確定為顱骨內腦實質區域。
10. 根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述確定子單元包括： 檢測模塊，用于采用血管結構檢測法在所述顱骨內腦實質區域中查找威利斯環內感興 趣血管的潛在位置； 選擇模塊，用于采用聚類法從所述潛在位置中各個潛在定位點選擇感興趣血管的定位 點，將定位點的位置作為威利斯環內感興趣血管的位置。
11. 根據權利要求7至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一規劃單元包括： 確定方向子單元,用于先從大腦中動脈的位置定位點中選擇多個點，將所選擇的多個 點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直線統計 出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最多的直 線的方向作為大腦中動脈的方向； 第一規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置和方向，規劃從左到右觀測方向和/ 或從右到左觀測方向的威利斯環包圍盒；和/或者， 第二規劃子單元，用于根據所述大腦中動脈的位置，規劃從前到后、從后到前、從頭到 腳、從腳到頭任一或多個觀測方向的威利斯環包圍盒。
12.根據權利要求7至10任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 感興趣血管方向確定單元，用于從感興趣血管的位置定位點中選擇多個點，將所選擇 的多個點兩兩連接確定多條支線，再分別計算所有定位點到每條直線的距離，針對每條直 線統計出點到直線的距離小于閾值的點數目，獲得每條直線對應的點數目，選擇點數目最 多的直線的方向作為感興趣血管的方向； 感興趣血管包圍盒規劃單元，用于根據所述感興趣血管的位置和方向規劃感興趣血管 包圍盒，該包圍盒包含所述感興趣血管的所有定位點，其長軸方向為感興趣血管的方向。
【文檔編號】G06T7/00GK104217432SQ201410438529
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】張博聞 申請人:沈陽東軟醫療系統有限公司