高分辨率ct图像的肺纹理分割方法分析

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1、中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：建幽目§签字日期：功口6、6．3中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检

2、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(年)作者签名：起立盥签字日期：2鲤区。鱼13导师签名签字日期第1章前言前言1．1研究的背景和意义1895年11月8日，伦琴在研究阴极射线管中气体放电现象时发现了一种未知的射线，取名“X”射线，并用该射线给他夫人的手拍照，这就是人类史上第一张医学图像。1972年，Housefield在英国放射学年会上公布了计算机断层成像(computedtomography,CT)$J研究结果，成为

3、放射学史上的一个里程碑。之后，随着计算机及电子技术的快速发展，医学成像技术蓬勃发展起来。目前，在临床上广泛使用的多层螺旋CT具有极高的空间分辨率和时间分辨率，使得成像的速度和质量大幅提高(罗述谦，2007)。然而，高清晰的数字仪器产生了大量图片，这使得影像诊断专家难以细致地完成繁重的读片任务，漏诊和误诊随之增加，况且由午诊断医师的判断是主观的过程，与个人经验及知识储备有关，不同人可能做出不同的诊断结果，甚至同一个人在不同时间的判断结果也不同，缺乏客观性。同时随着计算机和图像处理技术的快速发展，人们希望通过计算机自动化或智能化的分析和处

4、理医学图像，以提供医生有用的观察和诊断信息。因此，用计算机对处理影像图片就成为医学图像实际应用中十分必要的一项工作。在这样的背景之下，基于医学图像的计算机辅助诊断(computeraideddiagnosis，CAD)应运而生，它能以一种直观的三维的方式呈现感兴趣区域供医生观察，完成功能测定和病变区域的自动检出，采用先进的图像处理与分析技术挖掘高分辨率数据中所隐含的信息，成为影像学中最具潜力的热门领域。对于胸部疾病的探查手段而言，X线检查和CT检查的应用非常普遍，这是因为胸部具有良好的自然对比(吴恩惠，1984)。高分辨率CT(hig

5、hresolutionCT，HRCT)图片能更好地展现肺部的细节结构，是当前临床上常用的一种肺部成像模态。肺纹理具有树形结构，并深入到肺实质中，本身具有肺部重要的解剖结构信息，对于肺解剖图谱的建立具有一定的参考价值。肺部结构性病变可以分为两大部分，即与肺纹理相连的病变，以及与肺纹理不相连的病变。与肺纹理树相连的病变可表现为肺纹理树的数量异常(如先天性发育异常、手术后改变)、形态异常(狭窄或扩张，如支气管扩张、狭窄、阻塞、动脉瘤、静脉瘤、动静脉畸形)、走形异常(方向及柔顺度，如发育异常、肿瘤压迫、粘连)以及密度变化(增高或减低，如钙化、

6、脂肪瘤)等；与肺纹理不相连的病变主要表现为密度的增高(如炎症、肿瘤、外伤)或减低(肺大泡、气胸)。前者可以利用这样异常与正常肺纹理树之间的不同实现病变的检出，后者可以通过正常肺实质密度为相对均一的第1章前言低密度特定来实现，因此肺纹理的提取对于CAD系统的研究具有重要意义。目前，国内外已有利用各种分割算法分割肺气管，血管的报道。如：利用数学形态学方法分割气管，利用fastmarching的方法分割气管，血管，也有利用动态轮廓levelset的方法分割血管，也有利用模糊连通的方法分割气管。在这些方法中，有的运算量大耗时较多，有的需要需要

7、较多的交互，有的分割效果不太理想。对于自动化，耗时较少地分割出效果好的气管，血管的要求仍具有一定的差距。国外已有关于在一个系统同时分割出肺实质，血管，气管的报道，但对于自动提取肺部解剖结构信息，并用来指导配准或疾病诊断的研究却鲜有报道。本课题利用肺气管，血管的不同特点，分别采用不同的方法对气管，血管进行自动，3维，耗时较少的分割，可以得到良好，可信的结果。对提取出的肺气管进行骨架化，以得到连续的，单像素宽度，且定位良好的气管中心线，再提取解剖结构标记点，再将气管的骨架的结构信息存入到xml文件中。最后将肺纹理的提取，不仅能够得到更加精

8、确的肺实质分割，而且有利于肺部病变的检出和定位，提取得到的骨架线还可以指导配准和进行肺气管虚拟镜的研究，这对于肺部CAD系统的设计和肺部解剖图谱的建立都具有重要的参考价值。1．2国内外研究概况针对肺部计算机辅助诊断的研究