可用于呼吸或骨骼组织形态学评估的CT影像灰度变差函数纹理评价方法、系统及存储介质

本发明属于医学影像处理，具体涉及一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法、系统、平台及存储介质。

背景技术：

1、慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸系统疾病常伴随肺实质破坏、气道重塑等影像学表现；部分患者还可能存在骨量减少、骨组织结构退变等骨骼系统异常。因此，基于同一次常规ct检查，对呼吸组织和骨骼组织进行统一的三维形态学定量评估，具有重要临床应用价值。

2、现有临床实践中，胸部ct多用于肺实质异常观察；骨骼系统则常依赖骨密度或平均ct值等指标，此类指标主要反映组织整体衰减水平，难以表达组织内部复杂空间纹理和尺度变化。现有研究虽已采用灰度共生矩阵、局部二值模式等方法，但仍存在二维纹理分析难以充分反映真实三维结构；部分纹理特征缺乏明确的空间尺度含义；而且，传统特征对采样方向和参数设置较为敏感，稳定性不足；依赖高分辨率重建或精细分割，在临床常规体数据中应用受限；并且还缺乏统一的质量控制和可信度标记。

3、因此，针对上述所存在的技术缺陷问题，急需设计和开发一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法、系统、平台及存储介质。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术存在的不足及困难，本发明之目的在于提供一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法、系统、平台及存储介质，以能够直接面向三维体数据、无需依赖精细分割、能够在多方向和多空间尺度下稳定提取纹理变化规律。

2、本发明的第一目的在于提供一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法；本发明的第二目的在于提供一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估系统；本发明的第三目的在于提供一种基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台；本发明的第四目的在于提供一种计算机可读取存储介质。

3、本发明的第一目的是这样实现的，所述方法包括如下步骤：

4、生成并获取与目标组织相对应的第一数据，并基于所述第一数据，创建生成与所述第一数据目标区域内相对应的第二数据；其中，所述第一数据为三维医学影像体数据，优选为三维ct体数据；第二数据为三维感兴趣体积，所述第二数据在本方案中具体为三维感兴趣体积voi数据；

5、构建生成与所述第二数据相对应的第四数据，并创建生成与所述第四数据相对应的第五数据；其中，第四数据为三维灰度变差函数；所述第五数据为变差函数值序列；

6、于双对数域中，拟合处理所述第五数据，并提取生成相对应且至少一个表征组织纹理空间变化规律的第六数据；其中，所述第六数据为曲线形态参数；

7、基于所述第六数据，创建生成并输出相对应的第七数据；其中，所述第七数据为评估结果数据。

8、进一步地，所述构建生成与所述第二数据相对应的第四数据，并创建生成与所述第四数据相对应的第五数据，还包括：

9、分别构建生成包含至少一个空间方向的方向集合和包含多个离散空间步距的步距集合；

10、基于所述步距集合中的每个当前步距，于所述方向集合中的每个方向上，创建生成相对应且位于所述第二数据内的有效体素对；

11、根据所有有效体素对的灰度差平方总和与有效体素对总数，计算生成对应于所述当前步距的第八数据；其中，所述第八数据为变差函数值；

12、遍历处理所述步距集合中的全部步距，汇集各步距相对应的所述第八数据，并构建生成相对应的所述第五数据。

13、进一步地，所述曲线形态参数选自以下参数组中的一者或多者：

14、反映小尺度变异速率的斜率参数、反映总变异水平的基台值参数、反映空间相关尺度的变程参数、反映微观随机变异的块金值参数、以及在预定尺度范围内的曲线下面积参数；其中，体素数据到物理空间的映射，映射的主要是r，当三维医学影像体数据的体素间距在不同方向上不一致时，对所述三维医学影像体数据进行各向同性重采样；或者基于体素间距将离散步距换算为物理距离，并按物理距离对变差函数结果进行统计或拟合。

15、进一步地，所述基于所述第六数据，创建生成并输出相对应的第七数据，还包括：

16、生成并获取相对应的多个所述第六数据，并分别归一化映射处理所述第六数据；

17、创建生成与所述第六数据相对应的第九数据，并加权融合处理所述第九数据，生成与所述第七数据相对应的第十数据；其中，所述第九数据为归一化处理后的多个参数；所述第十数据为综合纹理评分。

18、进一步地，所述方法还包括：

19、根据所述变差函数值序列的有效数据点数量、拟合残差或拟合优度中的至少一项，并构建生成并输出标识当前评估结果可信度的质量控制标记；其中，所述质量控制标记包括通过等级、警告等级或无效等级中的至少一种；

20、当有效数据点数量低于预设阈值、拟合残差高于预设阈值或拟合优度低于预设阈值时，创建生成并输出相对应的警告等级或无效等级。

21、进一步地，所述目标组织为呼吸组织；所述三维感兴趣体积位于肺实质或肺内病变区域；

22、或者，所述目标组织为骨骼组织；所述三维感兴趣体积位于椎体松质骨内部。

23、进一步地，所述三维感兴趣体积通过去除皮质骨、终板边缘或静脉沟区域中的至少一种非目标结构的方式创建生成。

24、本发明的第二目的是这样实现的：所述系统用于实现所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法，所述系统包括：

25、创建生成单元，用于生成并获取与目标组织相对应的第一数据，并基于所述第一数据，创建生成与所述第一数据目标区域内相对应的第二数据；其中，所述第一数据为三维医学影像体数据，优选为三维ct体数据；第二数据为三维感兴趣体积，所述第二数据在本方案中具体为三维感兴趣体积voi数据；

26、构建生成单元，用于构建生成与所述第二数据相对应的第四数据，并创建生成与所述第四数据相对应的第五数据；其中，第四数据为三维灰度变差函数；所述第五数据为变差函数值序列；

27、处理生成单元，用于在双对数域中，拟合处理所述第五数据，并提取生成相对应且至少一个表征组织纹理空间变化规律的第六数据；其中，所述第六数据为曲线形态参数；

28、创建输出单元，用于基于所述第六数据，创建生成并输出相对应的第七数据；其中，所述第七数据为评估结果数据。

29、进一步地，所述构建生成单元，还包括：

30、第一生成模块，用于分别构建生成包含至少一个空间方向的方向集合和包含多个离散空间步距的步距集合；

31、第二生成模块，用于基于所述步距集合中的每个当前步距，于所述方向集合中的每个方向上，创建生成相对应且位于所述第二数据内的有效体素对；

32、第三生成模块，用于根据所有有效体素对的灰度差平方总和与有效体素对总数，计算生成对应于所述当前步距的第八数据；其中，所述第八数据为变差函数值；

33、第一处理模块，用于遍历处理所述步距集合中的全部步距，汇集各步距相对应的所述第八数据，并构建生成相对应的所述第五数据。

34、所述曲线形态参数选自以下参数组中的一者或多者：反映小尺度变异速率的斜率参数、反映总变异水平的基台值参数、反映空间相关尺度的变程参数、反映微观随机变异的块金值参数、以及在预定尺度范围内的曲线下面积参数；其中，体素数据到物理空间的映射，映射的主要是r，当三维医学影像体数据的体素间距在不同方向上不一致时，对所述三维医学影像体数据进行各向同性重采样；或者基于体素间距将离散步距换算为物理距离，并按物理距离对变差函数结果进行统计或拟合。

35、和/或，所述创建输出单元，还包括：

36、第二处理模块，用于生成并获取多个所述第六数据，并分别归一化映射处理所述第六数据；

37、第三处理模块，用于创建生成与所述第六数据相对应的第九数据，并加权融合处理所述第九数据，生成与所述第七数据相对应的第十数据；其中，所述第九数据为归一化处理后的多个参数；所述第十数据为综合纹理评分。

38、和/或，所述系统还包括：

39、第四生成模块，用于根据所述变差函数值序列的有效数据点数量、拟合残差或拟合优度中的至少一项，并构建生成并输出标识当前评估结果可信度的质量控制标记；其中，所述质量控制标记包括通过等级、警告等级或无效等级中的至少一种；

40、第五生成模块，用于当有效数据点数量低于预设阈值、拟合残差高于预设阈值或拟合优度低于预设阈值时，创建生成并输出相对应的警告等级或无效等级。

41、所述目标组织为呼吸组织，所述三维感兴趣体积位于肺实质或肺内病变区域；

42、或者，所述目标组织为骨骼组织，所述三维感兴趣体积位于椎体松质骨内部。

43、更进一步地，所述三维感兴趣体积通过去除皮质骨、终板边缘或静脉沟区域中的至少一种非目标结构的方式创建生成。

44、本发明的第三目的是这样实现的：包括处理器、存储器以及基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序；其中，在所述的处理器执行所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序，所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序被存储在所述存储器中，所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序，实现所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法。

45、本发明的第四目的是这样实现的：所述计算机可读取存储介质存储有基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序，所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估平台控制程序，实现所述的基于医学影像三维灰度变差函数的呼吸或骨骼组织形态学评估方法。

46、本发明通过生成并获取与目标组织相对应的第一数据，并基于所述第一数据，创建生成与所述第一数据目标区域内相对应的第二数据；其中，所述第一数据为三维医学影像体数据，优选为三维ct体数据；第二数据为三维感兴趣体积；然后，构建生成与所述第二数据相对应的第四数据，并创建生成与所述第四数据相对应的第五数据；其中，第四数据为三维灰度变差函数；所述第五数据为变差函数值序列；于双对数域中，拟合处理所述第五数据，并提取生成相对应且至少一个表征组织纹理空间变化规律的第六数据；其中，所述第六数据为曲线形态参数；最后，基于所述第六数据，创建生成并输出相对应的第七数据；其中，所述第七数据为评估结果数据；及相对应的系统、平台及存储介质，可以解决现有技术中三维结构信息利用不足、纹理空间尺度表征不明确、方向敏感性强、对精细分割依赖高、以及批量处理结果缺少可信度判定的技术缺陷问题。

47、也就是说，本发明方案通过构建三维灰度变差函数对呼吸或骨骼组织进行多方向、多尺度的空间变异分析，并在双对数域中提取具有明确物理含义的曲线形态参数，能够在无需精细分割组织结构的前提下，稳定、可重复地量化评估组织的三维纹理特征，并有效解决了二维纹理分析结构信息缺失、尺度表征不明、方向敏感性强及对精细分割依赖高的技术问题；同时，本发明方案还通过内置质量控制规则对拟合点数、拟合残差及拟合优度进行评估并输出可信度标记，提升了批量处理结果的工程可靠性和临床可用性。