精準(zhǔn)肝切除手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、肝切除術(shù)是指手術(shù)切除部分或全部肝臟，其適應(yīng)癥主要有肝臟腫瘤，肝外傷，肝囊腫和活體肝移植等。由于肝切除手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)很大，為了提高手術(shù)成功率，開發(fā)一個(gè)“精準(zhǔn)肝切除”手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)是非常有意義的。本文采用肝臟CT圖像，以肝切除手術(shù)仿真為背景，系統(tǒng)地研究了肝臟血管、腫瘤的分割，肝臟供血分布的計(jì)算等，為進(jìn)一步“精準(zhǔn)肝切除”手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　本文首先設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)閾值的肝臟血管模糊連接分割算法，實(shí)現(xiàn)了肝臟血管的自動分割和精

2、細(xì)三維建模，為制定肝切除手術(shù)方案提供血管形態(tài)等重要信息。根據(jù)圖像的模糊本質(zhì)，本文將模糊連接理論應(yīng)用到肝臟血管的分割中，提出查找表策略提高了肝血管模糊連接分割算法的運(yùn)行效率;同時(shí)，采用Otsu算法進(jìn)行預(yù)分割從而得到建立模糊關(guān)系的關(guān)鍵參數(shù)，用關(guān)鍵參數(shù)中表征血管特性的平均灰度值替換種子點(diǎn)的原有灰度值，降低了算法對種子點(diǎn)位置的敏感度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明種子點(diǎn)即使選在血管邊緣也能得到良好的血管分割結(jié)果，減少了人為誤差帶來的影響，使算法具有更好的魯棒性和

3、穩(wěn)定性;并根據(jù)肝臟血管解剖結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，采用了類分水嶺方法實(shí)現(xiàn)了模糊連接強(qiáng)度的自適應(yīng)閾值選擇，避免了人為指定連接強(qiáng)度閾值對分割結(jié)果的影響，提高了算法的通用性。
　　肝切除術(shù)的主要對象是肝臟腫瘤。本文將勢能概念引入到圖像分割中，設(shè)計(jì)了一個(gè)肝臟腫瘤勢能分割算法，實(shí)現(xiàn)了腫瘤的自動分割，為制定精細(xì)的手術(shù)切除方案提供了準(zhǔn)確的腫瘤體積、與周圍組織的毗鄰關(guān)系等信息。肝臟腫瘤勢能分割算法首先對腫瘤所在區(qū)域進(jìn)行K-means聚類分析，分別得到腫瘤

4、灰度特征和肝實(shí)質(zhì)灰度特征，將區(qū)域內(nèi)體素分為兩類:腫瘤和肝實(shí)質(zhì)，對腫瘤和肝實(shí)質(zhì)分別以其特征值為依據(jù)進(jìn)行區(qū)域生長;在生長過程中，根據(jù)肝臟腫瘤的勢能分割模型，利用肝實(shí)質(zhì)內(nèi)邊界和腫瘤外邊界的勢能差逐漸減小這一特性，對腫瘤區(qū)域加以限定，最終得到肝臟腫瘤的分割結(jié)果。
　　本文提供了一套計(jì)算肝臟供血分布的算法，為肝切除手術(shù)中精確地選取切除部位并預(yù)算術(shù)后殘留肝臟的體積提供了重要的參考依據(jù)。在得到血管分割結(jié)果的基礎(chǔ)上，本文對肝臟血管進(jìn)行三維細(xì)化并建

5、立血管骨架的樹狀結(jié)構(gòu)，通過人機(jī)交互靈活地選定血管分支起點(diǎn)和分支數(shù)目，利用空間平面和法向量的關(guān)系，計(jì)算血管分支;以血管分支為基礎(chǔ)，采用多背景距離變換方法計(jì)算得到肝臟供血區(qū)域的分布以及各部分區(qū)域所占的比例，根據(jù)個(gè)體化切除需求選取相應(yīng)切除部位后計(jì)算預(yù)切線，并標(biāo)記在肝臟的三維模型表面;由肝臟供血各部位區(qū)域的體積比例以及切除的部位即可得到準(zhǔn)確地預(yù)估殘肝體積。肝臟供血分布算法能在很短時(shí)間內(nèi)完成以上幾個(gè)步驟的計(jì)算，能滿足規(guī)則性和非規(guī)則性肝切除的臨床需