本發(fā)明涉及圖像處理領域，具體而言，涉及一種肺裂完整度評估方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術：

肺葉間裂(簡稱肺裂)作為肺葉的邊界把相鄰肺葉隔開，是體現(xiàn)人體肺部結構的重要標識。對肺裂的完整度和結構的全面認識，在早期肺部疾病檢測，分類，病情發(fā)展以及疾病的治療上，具有很大的臨床實用價值。比如，肺裂的不完整性會減少肺部疾病如肺炎在肺葉之間擴散的阻礙，也會影響胸腔積液在肺部的分布形態(tài)；肺裂不完整的肺癌病人在手術移除肺葉后會產(chǎn)生空氣泄漏。肺裂的完整度對于經(jīng)支氣管鏡肺減容手術適應癥的影像學判定也具有重要意義。采用支氣管鏡下肺減容手術(安放支氣管腔內活瓣)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的外科肺減容手術對于嚴重肺氣腫病患具有優(yōu)勢，但并不是所有嚴重肺氣腫病患適用于這種支氣管鏡下肺減容手術。病患手術前必須進行肺裂完整度分析，肺裂不完整的病人不能考慮活瓣治療。肺部CT影像可以可視化肺裂，因此臨床上采用標準化CT掃描進行肺裂完整度的評估，評估方法分為人工打分和計算機自動評估兩類。

人工打分方法：醫(yī)師手動瀏覽肺部CT影像，通過觀察CT影像中的肺裂(顯示為高亮度曲線)，根據(jù)經(jīng)驗給出肺裂完整度的百分比。

計算機自動評估：肺裂自動分割后，無論是否為完整的肺裂，都可以得到肺葉的分割，進而得到肺葉邊界(視為完整肺裂)，把檢測到的不完整肺裂與肺葉邊界對比，評估肺裂的完整度。因此肺裂完整度的精確度取決于肺裂和肺葉分割結果的準確性。有關肺裂、肺葉檢測分割的算法很多，可概括為基于解剖結構關系的方法和基于形狀分析的方法兩類。解剖結構關系的方法利用了肺裂與血管、支氣管之間在解剖上的關系來確定肺裂位置，進而得到肺葉的分割結果；也可以圖庫為基礎的模版匹配方法來尋找肺裂?；谛螤罘治龅姆椒ㄍㄟ^在二維空間中確定直線或者在三維空間尋找曲面或者平面來實現(xiàn)肺裂的檢測分割。

(1)人工打分方法的缺點是：

在肺部CT影像上，肺裂顯示為高亮度曲線，其亮度與其他肺部結構如血管、甚至噪音接近，不易區(qū)分。另外，高分辯率CT影像通常包含大量的圖像(>300張)，讓專家通過手動方式一張一張圖像去標志肺裂所在空間位置及評估肺裂完整度，非常耗時。

(2)計算機自動評估的缺點是：

計算機自動評估方法的目的就是提高肺裂完整度評估的效率。這些自動評估方法首先要先分割肺葉，再對已分割的不完整肺裂與肺葉邊界(作為完整肺裂)比較。

肺裂理論上是平滑的曲面，但實際上由于肺裂檢測分割算法的缺陷，使得分割的肺裂表面不平滑，并且包含大小不等的“洞”。

用于補“洞”的方法有區(qū)域增長法及基于洪水消退模型的各種圖像分割算法，但這些算法會產(chǎn)生“過分割”現(xiàn)象，會把相鄰其他肺葉的部分組織劃分到當前肺葉中，導致肺葉分割不準確。

肺裂分割的不平滑也會導致作為完整肺裂的肺葉邊界不平滑，完整肺裂的面積發(fā)生變化。

肺裂類型的識別不準確，即無法準確識別左肺斜裂，右肺斜裂，及右肺水平裂。

這些缺點都會導致肺裂完整度評估結果偏離真實值，使得肺裂完整度評估結果準確度低。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種肺裂完整度評估方法、裝置和系統(tǒng)，以至少解決現(xiàn)有技術中肺裂完整度評估準確度低的技術問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種肺裂完整度評估方法，包括：獲取肺部影像；檢測所述肺部影像中的肺裂；使用線性濾波器對所述肺裂進行平滑處理；從所述肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂；根據(jù)所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂確定出完整肺裂；根據(jù)識別出的所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂和所述完整肺裂確定肺裂完整度。

進一步地，從所述肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂包括：將所述肺裂分解為三個不同類型的肺裂；利用解剖學結構將所述三個不同類型的肺裂分別識別為左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂。

進一步地，將所述肺裂分解為三個不同類型的肺裂包括：對檢測出的所述肺裂進行表面建模，得到肺裂表面，并使用平滑算法平滑所述肺裂表面；計算所述肺裂表面每一點的曲率張量；移除曲率張量大于等于預設數(shù)值的區(qū)域，其中，在移除曲率張量大于等于所述預設數(shù)值的區(qū)域之后，肺裂表面分解為多個面片；將所述多個面片進行聚類，得到三個不同類型的肺裂。

進一步地，將所述多個面片進行聚類，得到三個不同類型的肺裂包括：確定第一面片，其中，所述第一面片是所述多個面片中面積最小的面片；沿所述第一面片的法線方向對面片進行標記；將具有相同標記的面片作為一個類型的肺裂。

進一步地，根據(jù)所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂確定出完整肺裂包括：計算單一肺裂的平均法線向量；將肺裂面片的三角形網(wǎng)格頂點投影到與法線向量垂直的平面上；計算投影后的肺裂面片的包圍盒；將投影平面中具有最小曲率的網(wǎng)格頂點作為目標網(wǎng)格頂點；使用所述目標網(wǎng)格頂點進行表面擬合；使用同一網(wǎng)格內所有頂點的法線向量的平均代替頂點各自的法線向量。

進一步地，使用線性濾波器對所述肺裂進行平滑處理包括：使用各向異性線性濾波器在所述肺裂所在的二維圖像上沿與肺裂曲線相切的方向線性擴展。

進一步地，使用各向異性線性濾波器在所述肺裂所在的二維圖像上沿與肺裂曲線相切的方向線性擴展包括：給定第一像素點，其中所述第一像素點位于檢測出的肺裂上；將目標線段繞所述第一像素點旋轉多個預設角度，并且，每旋轉到一個預設角度，計算所述目標線段上所有像素亮度的平均值，其中，所述目標線段的長度為預設長度；將像素亮度的平均值最大時對應的預設角度作為第一預設角度；將目標線段繞所述第一像素點旋轉所述第一預設角度；在所述第一預設角度指示的方向上確定第二像素點，其中，所述第二像素點位于檢測出的肺裂上；將所述目標線段延伸至所述第二像素點。

進一步地，根據(jù)識別出的所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂和所述完整肺裂確定肺裂完整度包括：根據(jù)以下公式計算肺裂完整度：C_f＝A_i/A_c，其中，C_f為肺裂完整度，A_c為所述完整肺裂，A_i為識別出的所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、或所述右肺水平裂。

進一步地，檢測所述肺部影像中的肺裂包括：將所述肺部影像劃分為多個細分體；利用三維平面擬合方法在所述多個細分體中尋找肺裂；將尋找到的肺裂作為所述肺部影像中的肺裂。

根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方面，還提供了一種肺裂完整度評估裝置，該裝置包括：獲取單元，用于獲取肺部影像；檢測單元，用于檢測所述肺部影像中的肺裂；平滑處理單元，用于使用線性濾波器對所述肺裂進行平滑處理；識別單元，用于從所述肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂；第一確定單元，用于根據(jù)所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂確定出完整肺裂；第二確定單元，用于根據(jù)識別出的所述左肺斜裂、所述右肺斜裂、所述右肺水平裂和所述完整肺裂確定肺裂完整度。

根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方面，還提供了一種肺裂完整度評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：CT影像輸入裝置，用于獲取肺部CT影像；肺裂完整度評估裝置，用于根據(jù)所述肺部CT影像計算肺裂完整度，所述肺裂完整度評估裝置為權利要求10所述的肺裂完整度評估裝置；結果輸出裝置，用于輸出計算出的肺裂完整度。

在本發(fā)明實施例中，檢測肺部影像中的肺裂，使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理，使得到的肺裂更加平滑，肺裂類型的識別更準確，即，從肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂的準確度更高，根據(jù)左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂確定出的完整肺裂也更準確，從而，根據(jù)識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂和完整肺裂計算出的肺裂完整度更準確，達到了提高肺裂完整度評估準確度的技術效果，進而解決了現(xiàn)有技術中肺裂完整度評估準確度低的技術問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種肺裂完整度評估方法的流程圖；

圖2-a是根據(jù)本發(fā)明實施例的線性形態(tài)濾波器應用前的肺裂表面形態(tài)的示意圖；

圖2-b是根據(jù)本發(fā)明實施例的線性形態(tài)濾波器應用后的肺裂表面形態(tài)的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種肺裂完整度評估方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的單一肺裂識別的流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的肺裂在完成肺裂分類后的肺裂識別的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種肺裂完整度評估裝置的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種肺裂完整度評估系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)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(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)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(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種肺裂完整度評估方法的實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種肺裂完整度評估方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，獲取肺部影像。

步驟S104，檢測肺部影像中的肺裂。

步驟S106，使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理。

步驟S108，從肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂。

步驟S110，根據(jù)左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂確定出完整肺裂。

步驟S112，根據(jù)識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂和完整肺裂確定肺裂完整度。

在本發(fā)明實施例中，檢測肺部影像中的肺裂，使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理，使得到的肺裂更加平滑，肺裂類型的識別更準確，即，從肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂的準確度更高，根據(jù)左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂確定出的完整肺裂也更準確，從而，根據(jù)識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂和完整肺裂計算出的肺裂完整度更準確，解決了現(xiàn)有技術中肺裂完整度評估準確度低的技術問題，達到了提高肺裂完整度評估準確度的技術效果。

可選地，從肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂包括：將肺裂分解為三個不同類型的肺裂；利用解剖學結構將三個不同類型的肺裂分別識別為左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂。

獲取肺部影像，檢測肺部影像中的肺裂，使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理之后，得到的肺裂在空間中彼此相連，融為一體，為了正確區(qū)分肺裂，首先把這個相連的肺裂分成三個單獨的面片，進而判斷識別三個單獨肺裂的類型。為了提高單一肺裂識別的穩(wěn)健性，結合肺裂的解剖學結構及肺裂曲率分析結果，使用了一個具有方向不變性的肺裂分類方法，來識別肺裂。

可選地，將肺裂分解為三個不同類型的肺裂包括：對檢測出的肺裂進行表面建模，得到肺裂表面，并使用平滑算法平滑肺裂表面；計算肺裂表面每一點的曲率張量；移除曲率張量大于等于預設數(shù)值的區(qū)域，其中，在移除曲率張量大于等于預設數(shù)值的區(qū)域之后，肺裂表面分解為多個面片；將多個面片進行聚類，得到三個不同類型的肺裂。

可以用移動立方體算法(Marching Cubes Algorithm)對檢測到的肺裂進行表面建模，并使用拉普拉斯平滑算法平滑肺裂表面。此步驟可以相對準確估計肺裂表面上給定點的曲率張量。

計算肺裂表面每一點的曲率張量。曲率張量大于等于預設數(shù)值的區(qū)域為高曲率區(qū)域。高曲率區(qū)域是各個肺裂之間的相交部分，把高曲率區(qū)域移除后，肺裂表面自動就變成了多個面片。將多個面片進行聚類，得到三個不同類型的肺裂。預設數(shù)值可以為0.2mm^-1。

通過計算肺裂表面每一點的曲率張量，移除高曲率區(qū)域，把每個肺裂從一個整體分解出來。

可選地，將多個面片進行聚類，得到三個不同類型的肺裂包括：確定第一面片，其中，第一面片是多個面片中面積最小的面片；沿第一面片的法線方向對面片進行標記；將具有相同標記的面片作為一個類型的肺裂。

找到具有最小面積的面片(第一面片)，沿面片各頂點的法線方向標記關聯(lián)肺裂，標記的肺裂被分配一個索引(如某一顏色)。通過簡單的聚類把曲面片連接起來作為一個類型的肺裂。左肺中，最大聚類用來代表左肺斜裂。右肺中，第一和第二個最大聚類分別用來代表右肺斜裂和右肺水平裂，其它所有的聚類作為非肺裂區(qū)被移除。

通過使用基于法線向量的聚類方法，將法線向量方向相近或相同的小曲面片聚為一類。

可選地，根據(jù)左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂確定出完整肺裂包括：計算單一肺裂的平均法線向量；將肺裂面片的三角形網(wǎng)格頂點投影到與法線向量垂直的平面上；計算投影后的肺裂面片的包圍盒；將投影平面中具有最小曲率的網(wǎng)格頂點作為目標網(wǎng)格頂點；使用目標網(wǎng)格頂點進行表面擬合；使用同一網(wǎng)格內所有頂點的法線向量的平均代替頂點各自的法線向量。

為了評判肺裂的完整度，需要構建一個完整的肺裂，使之與檢測到的不完整肺裂比較。首先，利用曲面擬合的方法對檢測到的肺裂進行平滑處理，再進行肺葉分割，構建一個準確的完整肺裂。選擇有穩(wěn)定法線向量的約束點，來進行肺裂隱性表面擬合，這個條件對于構建完整肺裂是至關重要的。使用多個小面片平均的法線向量，而不是以小面片各頂點作為約束點用以表面擬合，這種方法可以減少與以法線向量表示的相鄰約束點相關的隨機擾動。具體地，(1)計算單一肺裂的平均法線向量；(2)把肺裂面片的三角形網(wǎng)格頂點投影到與法線向量垂直的平面上，并計算投影后的肺裂面片的包圍盒；(3)找到投影平面中具有最小曲率的網(wǎng)格頂點，用這些頂點進行表面擬合，并用同一網(wǎng)格內所有頂點的法線向量的平均代替頂點各自的法線向量。采用上述策略，即可得到平滑的肺葉表面。

如果得到的肺裂不是完整平滑的，那么獲得的肺葉邊界不準確，在把肺葉邊界作為完整肺裂來分析肺裂完整度的過程中，會影響結果的精確度。在本發(fā)明實施例中，為了解決這個問題，使用各向異性線性濾波器在肺裂所在的二維圖像上沿與肺裂曲線相切的方向線性擴展，達到對肺裂進行平滑處理的效果。

可選地，使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理包括：使用各向異性線性濾波器在肺裂所在的二維圖像上沿與肺裂曲線相切的方向線性擴展。

可選地，使用各向異性線性濾波器在肺裂所在的二維圖像上沿與肺裂曲線相切的方向線性擴展包括：給定第一像素點，其中第一像素點位于檢測出的肺裂上；將目標線段繞第一像素點旋轉多個預設角度，并且，每旋轉到一個預設角度，計算目標線段上所有像素亮度的平均值，其中，目標線段的長度為預設長度；將像素亮度的平均值最大時對應的預設角度作為第一預設角度；將目標線段繞第一像素點旋轉第一預設角度；在第一預設角度指示的方向上確定第二像素點，其中，第二像素點位于檢測出的肺裂上；將目標線段延伸至第二像素點。

第一像素點可以是檢測出的肺裂上任意一個像素點。

將目標線段繞第一像素點旋轉多個預設角度，根據(jù)像素亮度從這多個預設角度中篩選出第一預設角度，其中，第一預設角度滿足的條件是：目標線段上所有像素亮度的平均值最大。

將目標線段按照第一預設角度指示的方向進行延長，與檢測出的肺裂交叉于一個點，這個點即為第二像素點。

具體過程如下：

在二維CT影像上肺裂表現(xiàn)為高亮曲線，采用一個線性形態(tài)濾波器來補“洞”，這個濾波器在二維影像上使用一組短的線段近似表示肺裂。給定檢測到的肺裂上的一個像素位置(x,y)(第一像素點)，線性濾波器通過執(zhí)行如下的圖像亮度變換來計算在此像素為中心的局部線段的方向。

其中2r為目標線段的長度。

此變換的實施包括四個步驟：(1)給定線段繞肺裂上的像素點旋轉，旋轉角度為θ；(2)計算此線段所有像素亮度的平均值；(3)線段旋轉過程中，當像素平均亮度達到最大值時，線段旋轉的角度設置為θ_max；(4)在該線段方向上找到已檢測的肺裂像素點，并把線段延伸至該點(第二像素點)。設定目標線段的長度(即2r)為15mm，旋轉角度增量Δθ為10°。

圖2示出了線性形態(tài)濾波器應用前后的肺裂表面形態(tài)。圖2-a中，濾波前肺裂不連續(xù)，在二維空間中表現(xiàn)為不連續(xù)的曲線，在三維空間中表現(xiàn)為曲面上的“洞”；圖2-b中，濾波后表現(xiàn)為連續(xù)的曲線(二維)和曲面(三維)。

這個線性濾波器在原理上類似于形態(tài)學運算或亮度變換，然而，不像傳統(tǒng)的各項同性的“開”/“關”形態(tài)學運算均勻地在所有方向擴展肺裂表面，各向異性線性濾波器在每個二維圖像上沿與肺裂曲面相切的方向線性擴展，使得肺裂平滑效果更好，補“洞”效果更好。

使用一個各向異性的線性形態(tài)濾波器來平滑肺裂表面及補“洞”，使得肺裂平滑效果更好，補“洞”效果更好。

本發(fā)明實施例得到的肺裂是完整平滑的，由此獲得肺葉邊界準確，進而把肺葉邊界作為完整肺裂來分析肺裂完整度的精確度明顯提高。

可選地，根據(jù)識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂和完整肺裂確定肺裂完整度包括：根據(jù)以下公式計算肺裂完整度：C_f＝A_i/A_c，其中，C_f為肺裂完整度，A_c為完整肺裂，A_i為識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、或右肺水平裂。

可選地，檢測肺部影像中的肺裂包括：將肺部影像劃分為多個細分體；利用三維平面擬合方法在多個細分體中尋找肺裂；將尋找到的肺裂作為肺部影像中的肺裂。

為了提高肺裂完整度的評估效率及精確度，本發(fā)明實施例提供的肺裂完整度評估方法具有如下優(yōu)點：可準確識別所有肺裂類型，進而得到所有肺裂各自的完整度評估結果，性能穩(wěn)定，肺裂完整度評估準確，能夠全自動的肺裂完整度評估，提高臨床上評估效率。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種肺裂完整度評估方法的流程圖。

如圖3所示，該方法的實施分為四個階段：(1)肺裂的檢測；(2)肺裂形態(tài)分析；(3)完整肺裂的構建；(4)肺裂完整度的量化評估。

第一階段檢測的肺裂通常是不平滑的，含有很多“洞”，而且肺裂沒有進行分類，即沒有分成左肺斜裂，右肺斜裂，及右肺水平裂。在第二個階段中，對檢測到的肺裂進行了形態(tài)分析，包括(1)線性形態(tài)學分析：使用一個線性形態(tài)濾波器來平滑肺裂表面及補“洞”；(2)單一肺裂識別：采用一個漸進形狀分解算法把每個肺裂從融為一個整體的肺裂中識別分解出來；(3)肺裂類型確定：基于解剖學信息對肺裂類型進行分類。在第三階段，對已識別并分類的肺裂表面進行隱性曲面擬合，分割相鄰肺葉，構建完整肺裂。第四個階段，通過計算實際檢測到的肺裂和構建的完整肺裂的差異，獲得肺裂完整度的量化結果。

(1)階段I

對于肺裂的檢測，方法很多，如基于解剖結構關系的方法，利用肺裂附近沒有大的血管的信息，或通過肺裂與血管、支氣管之間在解剖上的關系來確定肺裂位置；還有基于形狀分析的方法，這類方法通過在二維空間中確定直線或者在三維空間尋找曲面或者平面來實現(xiàn)。本發(fā)明實施例采用一種以三維平面擬合為基礎，高效、準確地識別CT圖像上肺裂的自動檢測與分割方法。該方法將CT影像看作是一組三維空間點云，通過將肺部區(qū)域劃分為一些小的細分體，然后利用三維平面擬合方法在這些小的細分體中尋找肺裂平面，從而將具有自由曲面特性的肺裂檢測轉換為若干平面的檢測。

(2)階段II

線性形態(tài)學分析

在二維CT影像上肺裂表現(xiàn)為高亮曲線，采用一個線性形態(tài)濾波器來補“洞”，這個濾波器在二維影像上使用一組短的線段近似表示肺裂。給定檢測到的肺裂上的一個像素位置(x,y)，線性濾波器通過執(zhí)行如下的圖像亮度變換來計算在此像素為中心的局部線段的方向。

其中2r為線段的長度。

此變換的實施包括四個步驟：(1)給定線段(目標線段)繞肺裂上的像素點(第一像素點)旋轉，旋轉角度為θ；(2)計算此線段所有像素亮度的平均值；(3)線段旋轉過程中，當像素平均亮度達到最大值時，線段旋轉的角度設置為θ_max；(4)在該線段方向上找到已檢測的肺裂像素點，并把線段延伸至該點(第二像素點)。設定線段的長度(即2r)為15mm，旋轉角度增量Δθ為10°。

圖2-a中，濾波前肺裂不連續(xù)，在二維空間中表現(xiàn)為不連續(xù)的曲線，在三維空間中表現(xiàn)為曲面上的“洞”；圖2-b中，濾波后表現(xiàn)為連續(xù)的曲線(二維)和曲面(三維)。

這個線性濾波器在原理上類似于形態(tài)學運算或亮度變換，然而，不像傳統(tǒng)的各項同性的“開”/“關”形態(tài)學運算均勻地在所有方向擴展肺裂表面，各向異性線性濾波器在每個二維圖像上沿與肺裂曲面相切的方向線性擴展，使得肺裂平滑效果更好，補“洞”效果更好。

單一肺裂識別

在線性形態(tài)學分析后，進行肺裂的識別。肺裂分為右肺斜裂、右肺水平裂、及左肺斜裂。在第一階段檢測出的肺裂在空間中彼此相連，融為一體，為了正確區(qū)分肺裂，首先把這個相連的肺裂分成三個單獨的面片，進而判斷識別三個單獨肺裂的類型。為了提高單一肺裂識別的穩(wěn)健性，結合肺裂的解剖學結構及肺裂曲率分析結果，使用了一個具有方向不變性的肺裂分類方法，來識別肺裂，具體操作如圖4所示。

步驟1：用移動立方體算法(Marching Cubes Algorithm)對檢測到的肺裂進行表面建模，并使用拉普拉斯平滑算法平滑肺裂表面。此步驟可以相對準確估計肺裂表面上給定點的曲率張量。

步驟2：計算肺裂表面每一點的曲率張量，移除高曲率區(qū)域(各個肺裂之間的相交部分)，把整個肺裂表面分解為若干個面片。曲率閾值定為0.2mm^-1。

步驟3：找到具有最小面積的面片，沿面片各頂點的法線方向標記關聯(lián)肺裂，標記的肺裂被分配一個索引(如某一顏色)。通過簡單的聚類把曲面片連接起來作為一個類型的肺裂。左肺中，最大聚類用來代表左肺斜裂。右肺中，第一和第二個最大聚類分別用來代表右肺斜裂和右肺水平裂，其它所有的聚類作為非肺裂區(qū)被移除。

步驟4：重復步驟1至步驟3，直到所有肺裂均已標記。至此，檢測到的肺裂都被分解為不同區(qū)域，如圖5所示。

肺裂類型確定

步驟“單一肺裂識別”可以把融合成一個整體的每個肺裂區(qū)分開來，還需要知道每個肺裂屬于哪個類型。簡單的基于面積大小(理想情況下，斜裂的表面積大于水平裂表面積)來評判肺裂類型是不充分的，比如由于肺裂分割的不完整，有可能導致某個斜裂表面積小于水平裂。本發(fā)明提出利用解剖學結構確定肺裂的類型，分類的結果如圖5所示。

(3)階段III

為了評判肺裂的完整度，需要構建一個完整的肺裂，使之與檢測到的不完整肺裂比較。首先，利用曲面擬合的方法對檢測到的肺裂進行平滑處理，再進行肺葉分割，構建一個準確的完整肺裂。選擇有穩(wěn)定法線向量的約束點，來進行肺裂隱性表面擬合，這個條件對于構建完整肺裂是至關重要的。使用多個小面片平均的法線向量，而不是以小面片各頂點作為約束點用以表面擬合，這種方法可以減少與以法線向量表示的相鄰約束點相關的隨機擾動。具體地，(1)計算單一肺裂的平均法線向量；(2)把肺裂面片的三角形網(wǎng)格頂點投影到與法線向量垂直的平面上，并計算投影后的肺裂面片的包圍盒；(3)找到投影平面中具有最小曲率的網(wǎng)格頂點，用這些頂點進行表面擬合，并用同一網(wǎng)格內所有頂點的法線向量的平均代替頂點各自的法線向量。采用上述策略，即可得到平滑的肺葉表面。

(4)階段IV

把檢測到的肺裂投影到完整肺裂所在平面上，并與完整肺裂配準，采用如下公式計算肺裂完整度。

C_f為肺裂完整度，A_c為完整肺裂，A_i為檢測到的肺裂。

在本發(fā)明實施例提供的肺裂完整度評估方法中，在第一個階段利用三維平面擬合方法在這些小的細分體(肺部區(qū)域)中尋找肺裂平面，從而將具有自由曲面特性的肺裂檢測轉換為若干平面的檢測；在第二個階段中使用一個各向異性的線性形態(tài)濾波器來平滑肺裂表面及補“洞”，使得肺裂平滑效果更好，補“洞”效果更好；在第二個階段使用單一肺裂(所有肺裂)識別策略；在第二個階段通過計算肺裂表面每一點的曲率張量，移除高曲率區(qū)域，把每個肺裂從一個整體分解出來；在第二個階段利用解剖學結構確定所有肺裂的類型；在第三個階段得到平滑肺葉表面；在肺葉分割前先利用曲面擬合的方法對檢測到的肺裂進行平滑處理，并選擇有穩(wěn)定法線向量的約束點，來進行肺裂隱性表面擬合；在第四個階段計算肺裂完整度。由于得到的肺裂是完整平滑的，由此獲得肺葉邊界準確，進而把肺葉邊界作為完整肺裂來分析肺裂完整度的精確度明顯提高。解決了現(xiàn)有技術中肺裂完整度評估不準確的問題，解決了現(xiàn)有技術中肺裂類型識別分類不準確的問題，可準確識別所有肺裂類型，進而得到所有肺裂各自的完整度評估結果，性能穩(wěn)定。達到了全自動的肺裂完整度評估，提高了肺裂完整度的評估效率及精確度。

本發(fā)明實施例提供的肺裂完整度評估方法能夠應用于肺減容手術術前規(guī)劃平臺，結果準確，并且能進行自動肺裂完整度分析。

本發(fā)明實施例提供了一種肺裂完整度評估裝置。該肺裂完整度評估裝置可以執(zhí)行上述肺裂完整度評估方法。

如圖6所示，該肺裂完整度評估裝置包括：獲取單元10、檢測單元20、平滑處理單元30、識別單元40、第一確定單元50、第二確定單元60。

獲取單元10，用于獲取肺部影像。

檢測單元20，用于檢測肺部影像中的肺裂。

平滑處理單元30，用于使用線性濾波器對肺裂進行平滑處理。

識別單元40，用于從肺裂中識別出左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂。

第一確定單元50，用于根據(jù)左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂確定出完整肺裂。

第二確定單元60，用于根據(jù)識別出的左肺斜裂、右肺斜裂、右肺水平裂和完整肺裂確定肺裂完整度。

本發(fā)明實施例提供了一種肺裂完整度評估系統(tǒng)。

如圖7所示，該肺裂完整度評估系統(tǒng)包括：CT影像輸入裝置72、肺裂完整度評估裝置74、結果輸出裝置76。肺裂完整度評估裝置74可以為圖6所示的肺裂完整度評估裝置。

CT影像輸入裝置72，用于獲取肺部CT影像。

肺裂完整度評估裝置74，用于根據(jù)肺部CT影像計算肺裂完整度。

結果輸出裝置76，用于輸出計算出的肺裂完整度。

CT影像輸入裝置72可以為：CT機(計算機X線斷層攝影機)、PACS、影像存儲系統(tǒng)等，其與本發(fā)明裝置通過DICOM或TCP/IP接口，自動或手動上傳肺部CT影像，用戶也可通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器以HTTP方式上傳影像。

肺裂完整度評估裝置74接收到肺部CT影像后，啟動肺裂完整度分析，分析結果包括：(1)以不同顏色標記的所有肺裂的三維可視化結果；(2)與不同顏色的所有肺裂一一對應的肺裂完整度量化結果(％百分比)(3)所有肺裂的形態(tài)特征量化結果，如亮度、面積、曲率等。

結果輸出裝置76將分析結果以圖像、統(tǒng)計圖表等形式通過DICOM瀏覽器或網(wǎng)頁的形式輸出。

在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。

在本發(fā)明所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內容，可通過其它的方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、服務器或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，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(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。