本技術(shù)涉及醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)處理，特別是涉及一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、骨腫瘤是指骨內(nèi)細(xì)胞不受控制地分裂而形成的一種異常組織腫塊或團(tuán)塊，可影響機(jī)體的任何骨骼，并可在骨表面至骨髓的任何部位發(fā)展。骨腫瘤可能削弱或破壞健康的骨組織，使其更容易骨折，通過(guò)手術(shù)來(lái)切除骨腫瘤是主要的治療手段。而骨腫瘤的切除邊界直接影響骨腫瘤的手術(shù)質(zhì)量，切除不充分可能導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)、繼發(fā)轉(zhuǎn)移、截肢，甚至死亡，過(guò)度切除易導(dǎo)致功能損傷、假體松動(dòng)，甚至二次手術(shù)。因此，準(zhǔn)確、安全的骨腫瘤切除是臨床治療骨腫瘤的重點(diǎn)。

2、根據(jù)國(guó)際癌癥控制聯(lián)盟(uicc)，r0(切緣完全無(wú)瘤)切除用于表示腫瘤的完全切除。為了在最小的組織損傷下實(shí)現(xiàn)r0切除，精確r0切除越來(lái)越受到人們的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的r0切除由于切除邊界識(shí)別困難，難以實(shí)現(xiàn)精確r0切除。因此，確定達(dá)到腫瘤完整切除的最小損傷手術(shù)邊界是實(shí)現(xiàn)精確r0切除的關(guān)鍵。

3、目前，骨腫瘤切除的手術(shù)路徑自動(dòng)規(guī)劃方法主要以直接的基于解剖特征的骨腫瘤特征自動(dòng)識(shí)別為基礎(chǔ)，這些解剖特征主要是骨腫瘤的原發(fā)病變和包膜區(qū)，也就是說(shuō)，目前的骨腫瘤邊界主要以骨腫瘤包膜邊界模型為基礎(chǔ)。但是，骨腫瘤手術(shù)在實(shí)際臨床上，除了解剖可見(jiàn)的骨腫瘤原發(fā)病變和包膜區(qū)以外，在規(guī)劃手術(shù)路徑時(shí)還應(yīng)考慮反應(yīng)區(qū)，以實(shí)現(xiàn)精確r0切除。對(duì)于解剖不可見(jiàn)的反應(yīng)區(qū)，部分研究者采用近紅外熒光探針來(lái)檢測(cè)，但其在骨腫瘤的臨床應(yīng)用中的檢測(cè)精度仍不穩(wěn)定。

4、基于此，亟需一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法及相關(guān)裝置，可自動(dòng)提取出包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界，得到達(dá)到腫瘤完整切除的最小損傷手術(shù)邊界，利于實(shí)現(xiàn)骨腫瘤的精確r0切除。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法，所述包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法包括：

4、獲取對(duì)骨腫瘤所在骨骼進(jìn)行掃描所得到的ct圖像；

5、以所述ct圖像作為輸入，利用訓(xùn)練好的第一分割模型生成骨腫瘤包膜邊界模型；所述骨腫瘤包膜邊界模型包括骨腫瘤的原發(fā)病變和包膜區(qū)；

6、以所述ct圖像作為輸入，利用訓(xùn)練好的第二分割模型生成健康骨面模型；所述健康骨面模型包括骨腫瘤所在骨骼的表面；

7、將所述骨腫瘤包膜邊界模型向外進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型；

8、對(duì)所述骨腫瘤邊界初步模型和所述健康骨面模型進(jìn)行曲面求交，去除所述骨腫瘤邊界初步模型中位于所述健康骨面模型外部的部分模型，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界模型。

9、可選地，將所述骨腫瘤包膜邊界模型向外進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型，具體包括：

10、計(jì)算所述骨腫瘤包膜邊界模型中每一頂點(diǎn)的法向量；

11、對(duì)于每一所述頂點(diǎn)，將所述頂點(diǎn)沿所述頂點(diǎn)的法向量方向向外擴(kuò)展預(yù)設(shè)偏移量，得到所述頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的新頂點(diǎn)；

12、基于所述骨腫瘤包膜邊界模型中各個(gè)頂點(diǎn)的連接關(guān)系，將所有所述新頂點(diǎn)進(jìn)行連接，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型。

13、可選地，計(jì)算所述骨腫瘤包膜邊界模型中每一頂點(diǎn)的法向量，具體包括：

14、計(jì)算所述骨腫瘤包膜邊界模型中每一平面的法向量；

15、對(duì)于所述骨腫瘤包膜邊界模型中的每一頂點(diǎn)，計(jì)算包含所述頂點(diǎn)的所有平面的法向量的和值，得到累加法向量，并計(jì)算所述累加法向量和所述累加法向量的模的比值，得到所述頂點(diǎn)的法向量。

16、可選地，在將所述骨腫瘤包膜邊界模型向外進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型之前，所述包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法還包括：

17、利用二次邊折疊抽取算法分別對(duì)所述骨腫瘤包膜邊界模型和所述健康骨面模型進(jìn)行網(wǎng)格簡(jiǎn)化，得到簡(jiǎn)化后骨腫瘤包膜邊界模型和簡(jiǎn)化后健康骨面模型，并以所述簡(jiǎn)化后骨腫瘤包膜邊界模型作為新的骨腫瘤包膜邊界模型，以所述簡(jiǎn)化后健康骨面模型作為新的健康骨面模型。

18、可選地，對(duì)所述骨腫瘤邊界初步模型和所述健康骨面模型進(jìn)行曲面求交，去除所述骨腫瘤邊界初步模型中位于所述健康骨面模型外部的部分模型，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界模型，具體包括：

19、計(jì)算所述骨腫瘤邊界初步模型中每一頂點(diǎn)到所述健康骨面模型的最小距離；

20、對(duì)于每一所述頂點(diǎn)，判斷所述最小距離是否小于距離閾值；若否，則將所述頂點(diǎn)記為第一頂點(diǎn)；

21、將所有所述第一頂點(diǎn)相連接，組成第一模型；

22、在所述骨腫瘤邊界初步模型中去除所述第一模型，得到第二模型，并對(duì)所述第二模型和所述健康骨面模型進(jìn)行曲面求交，去除所述第二模型中位于所述健康骨面模型外部的部分模型，得到第三模型；

23、對(duì)所述第一模型和所述第三模型進(jìn)行拼接，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界模型。

24、可選地，在以所述ct圖像作為輸入，利用訓(xùn)練好的第一分割模型生成骨腫瘤包膜邊界模型之前，所述包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法還包括：

25、獲取數(shù)據(jù)集；所述數(shù)據(jù)集包括樣本ct圖像和每一所述樣本ct圖像對(duì)應(yīng)的第一標(biāo)簽和第二標(biāo)簽，所述第一標(biāo)簽為樣本骨腫瘤包膜邊界模型，所述第二標(biāo)簽為樣本健康骨面模型；所述第一標(biāo)簽和所述第二標(biāo)簽均是結(jié)合樣本ct圖像和樣本mri圖像，對(duì)樣本ct圖像進(jìn)行圖像標(biāo)注所得到的；樣本ct圖像和樣本mri圖像均是對(duì)骨腫瘤所在骨骼進(jìn)行掃描所得到的；

26、構(gòu)建初始第一分割模型和初始第二分割模型；

27、以所述樣本ct圖像作為輸入，以所述第一標(biāo)簽作為標(biāo)簽，對(duì)所述初始第一分割模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的第一分割模型；

28、以所述樣本ct圖像作為輸入，以所述第二標(biāo)簽作為標(biāo)簽，對(duì)所述初始第二分割模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的第二分割模型。

29、第二方面，本技術(shù)提供了一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取裝置，所述包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取裝置包括：

30、圖像獲取模塊，用于獲取對(duì)骨腫瘤所在骨骼進(jìn)行掃描所得到的ct圖像；

31、第一分割模塊，用于以所述ct圖像作為輸入，利用訓(xùn)練好的第一分割模型生成骨腫瘤包膜邊界模型；所述骨腫瘤包膜邊界模型包括骨腫瘤的原發(fā)病變和包膜區(qū)；

32、第二分割模塊，用于以所述ct圖像作為輸入，利用訓(xùn)練好的第二分割模型生成健康骨面模型；所述健康骨面模型包括骨腫瘤所在骨骼的表面；

33、擴(kuò)展模塊，用于將所述骨腫瘤包膜邊界模型向外進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型；

34、曲面求交模塊，用于對(duì)所述骨腫瘤邊界初步模型和所述健康骨面模型進(jìn)行曲面求交，去除所述骨腫瘤邊界初步模型中位于所述健康骨面模型外部的部分模型，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界模型。

35、第三方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法。

36、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法。

37、第五方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法。

38、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

39、本技術(shù)提供了一種包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界自動(dòng)提取方法及相關(guān)裝置，以對(duì)骨腫瘤所在骨骼進(jìn)行掃描所得到的ct圖像作為輸入，分別利用訓(xùn)練好的第一分割模型和訓(xùn)練好的第二分割模型生成骨腫瘤包膜邊界模型和健康骨面模型，將骨腫瘤包膜邊界模型向外進(jìn)行擴(kuò)展，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界初步模型，對(duì)骨腫瘤邊界初步模型和健康骨面模型進(jìn)行曲面求交，去除骨腫瘤邊界初步模型中位于健康骨面模型外部的部分模型，得到包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界模型，從而既將反應(yīng)區(qū)包含在內(nèi)，又避免了對(duì)周圍正常組織的損傷，可自動(dòng)提取出包含包膜和反應(yīng)區(qū)的骨腫瘤邊界，得到達(dá)到腫瘤完整切除的最小損傷手術(shù)邊界，利于實(shí)現(xiàn)骨腫瘤的精確r0切除。