收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于几何流的医学图像分割方法及其应用研究

郝家胜  
【摘要】: 医学图像分割是指从医学图像中提取感兴趣区域,为临床诊疗和病理学研究提供可靠的依据,它在特征提取、定量测量以及人体器官三维重建等许多医学图像分析与理解应用中起着关键作用。近年来,随着生物医学成像技术的发展,医学图像得到越来越广泛的应用;同时,医学图像日益复杂化、海量化,传统的分割方法已逐渐不能满足实际需要,因此,对医学图像分割的研究具有重要意义。本文以曲线演化理论、水平集方法和信息熵原理为基础,对基于几何流的图像分割模型、医学三维图像分割方法和图像分割评价方法及其在医学磁共振图像分割中的应用等当前研究热点进行了深入研究。 针对Chan-Vese模型在演化过程中每次迭代都必须在整个图像区域上计算而导致无法采用快速算法的缺陷,从基本理论公式的推导出发,根据区域和区域中像素的动态变化,采用增量方式迭代求取区域的平均灰度,将其解析公式改进为递进迭代公式,从而可以采用窄带法等快速算法,较大地提高了分割效率,使得该模型更具实际意义。 为进一步改善几何活动轮廓模型对于图层中的间断边缘或弱边缘时出现的边缘泄漏现象,通过在边缘检测函数中引入邻层先验信息对曲线演化的停止条件进行了改进,提出了先验知识测地几何流模型。该模型将已分割切片中的局部区域特征带入相邻的未待割切片中,并引导待分割切片中的轮廓曲线收敛到目标的实际边界,因而提高了几何活动轮廓模型的精确性和稳定性。 针对传统的Watershed算法易受噪声和量化误差的影响而产生大量的过度分割现象,构造了采用梯度矢量流(Gradient Vector Flow,GVF)的标量图作为输入梯度图像的GVF-Watershed算法,该算法将突变的梯度信息平缓地扩散到图像中,既能准确地检测到真实图像边缘,又增强了对图像噪声和量化误差的免疫能力,从而改善了过度分割现象。 为提高三维医学图像分割的质量和效率,将GVF-Watershed算法(简称为GW)和基于Level Set方法(简称为LSM)的几何流分割模型结合起来,形成GW-LSM框架。该框架的基本思想是先采用GVF-WAtershed算法对三维医学图像进行粗分割,然后利用窄带Level Set方法的几何流变形模型进行细分割。前者具有快速捕捉所有边缘等特点,但易产生过度分割现象;后者具有拓扑结构变化的自适应性、分割精确等特点,但计算量过大。二者相结合,互相瘸げ苟獭T诟每蚣芟?针对目标层间相似性较弱的三维医学图像,设计了基于GW-LSM框架的三维分割法,提高了分割效率;针对目标层间相似性较强的三维医学图像,引入层间梯度相似性作为先验知识,设计了基于GW-LSM框架的2.5维分割法,提高了分割精度和速度。 为研究新的有效的医学图像分割定量评价方法并对本文方法进行客观评价,根据图像分割的本质及医学图像自身的特点,从区域内部的同质性的角度,提出了分割信息熵的概念,并以此为评价测度提出了基于分割信息熵的评价方法;从区域之间的异质性角度,引入了非线性相关信息熵作为评价测度,提出了基于区域相关熵的评价方法。前者计算相对简单,后者能在单位闭区间上给出定量评价。这两种评价方法都能给出有效的、准确的客观评价,对医学图像分割方法的优化与新方法的研究具有积极作用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP391.41

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 李小兵;MRI图像脑肿瘤分割与EEG脑癫痫检测的研究[D];大连理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张燕宁,黄伟华,侯建军;采用一种新的马尔可夫模型进行癌症医学图像分割[J];北方交通大学学报;2003年05期
2 罗希平,田捷;一种改进的交互式医学图像序列分割方法[J];电子学报;2003年01期
3 郑罡;王惠南;李远禄;;基于Chan-Vese模型的树形结构多相水平集图像分割算法[J];电子学报;2006年08期
4 章毓晋;客观的图象质量测度及其在分割评价中的应用[J];电子科学学刊;1997年01期
5 范劲松;皮玲;黎芳;沈超敏;;黎曼流形上内蕴方式的图像轮廓提取[J];华东师范大学学报(自然科学版);2007年05期
6 王峥,杨新,施鹏飞;基于窄带Mumford-Shah模型的图像分割方法(英文)[J];红外与毫米波学报;2002年03期
7 任继军;何明一;;一种新的水平集图像分割方法[J];计算机工程与应用;2007年19期
8 段先华;夏德深;;基于椭圆约束分割心脏MRI图像的水平集模型[J];计算机工程;2007年16期
9 马峰,唐泽圣,夏绍玮;多尺度几何活动曲线及MR图像边界提取[J];计算机学报;2000年08期
10 杨莉,杨新;基于区域划分的曲线演化多目标分割[J];计算机学报;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周昌雄;基于活动轮廓模型的图像分割方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程一斌,汪松,任彬;利用弹簧模型提取物体轮廓[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
2 张坤,罗立民,舒华忠,杨芳;基于Level Set方法的Visible Human Being虚拟人图像处理[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年04期
3 王贵武;陈丛瑾;黄克瀛;王旭强;;香椿叶总黄酮提取工艺的优选[J];安徽农业科学;2007年26期
4 张雪飞;;基于GVF模型的蔬果图像快速分割方法[J];安徽农业科学;2010年05期
5 丁春华;两卵形弧间的等距对应[J];安徽师大学报(自然科学版);1996年03期
6 卢作伟;崔桂香;张兆顺;;NUMERICAL SIMULATION OF THE FLOW WITH CONTACT LINES[J];Acta Mechanica Sinica;1997年03期
7 许娟;;图像去噪的ROF模型及仿真实验[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2010年02期
8 孙岩;三维Minkowski空间中的距离问题[J];鞍山科技大学学报;2003年06期
9 刘晨华;颜兵;;基于偏微分方程的图像去噪中差分格式的研究[J];鞍山科技大学学报;2006年06期
10 赵莹;张学东;;改进水平集的车辆检测算法[J];辽宁科技大学学报;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭守标;霍剑青;郝建;王晓蒲;赵永飞;谢行恕;;高分辨率软X射线显微成像下细胞的自动提取?[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 ;Image Segmentation Based on the Mean-Shift in the HSV Space[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 ;A Hardware-Accelerated Segmentation Algorithm for Moving Object Generation[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 ;Edge Detection of Wood Defects in X-ray Wood Image Using Neural Network and Mathematical Morphology[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 邱雪娜;刘士荣;刘斐;朱伟涛;杜方芳;;一种基于序贯检测机制的运动目标跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 江萍;;车牌分割中的阈值选择策略[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
8 赵建;刘伟宁;;基于主动轮廓模型的海天线检测算法[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
9 陈郁淦;周学成;罗锡文;曹霞;乐凯;;基于ITK和VTK的原位根系三维可视化研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
10 李忠伟;潘振宽;倪明玖;;基于TV模型的多相图像分割变分水平集方法[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
5 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
6 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
7 徐萧萧;基于特征学习与特征联想的视觉跟踪算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
9 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
10 张娜;面向脊柱微创手术机器人的图像处理与虚拟现实技术研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
2 饶吉来;基于图像处理的型面联接件检测技术研究[D];河南理工大学;2010年
3 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
6 徐景芝;国内重点城市创新能力综合评价研究[D];山东科技大学;2010年
7 王亚楠;基于光线投射算法的CT图像三维重建与分割剪取[D];山东科技大学;2010年
8 王捷;数字图像边缘检测方法的若干改进与应用研究[D];浙江理工大学;2010年
9 胡申宁;中医舌诊中舌色、苔色自动分类的研究[D];浙江理工大学;2010年
10 管泽鑫;基于图像的水稻病害识别方法的研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 易鑫;李雷;;基于数学形态学的snake模型图像分割[J];兵工自动化;2007年09期
2 李海云,李光颖,王筝;一种基于水平集的脊柱MRI图像分割算法的研究[J];北京生物医学工程;2004年03期
3 李宇鑫;邓双成;曹莹瑜;;基于水平集方法的医学图像分割[J];北京石油化工学院学报;2008年04期
4 张程睿;余艳梅;罗代升;叶波;谢勤彬;;基于改进的参数活动轮廓模型的图像分割方法[J];成都信息工程学院学报;2008年02期
5 王升;谢立;刘军;;基于水平集的测地主动轮廓模型研究[J];传感技术学报;2008年09期
6 崔华;高立群;;适应复杂背景的C-V模型[J];东北大学学报(自然科学版);2009年06期
7 王兆源,周龙旗;脑电信号的分析方法[J];第一军医大学学报;2000年02期
8 胡正平;张晔;;基于SVM能量模型的改进主动轮廓图像分割算法研究[J];电子学报;2006年05期
9 郑罡;王惠南;李远禄;;基于Chan-Vese模型的树形结构多相水平集图像分割算法[J];电子学报;2006年08期
10 谢振平;王士同;;融合模糊聚类的Mumford-Shah模型[J];电子学报;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆成刚;基于微分方程的若干图像分析论题研究[D];浙江大学;2003年
2 成思源;基于可变形模型的轮廓提取与表面重建[D];重庆大学;2003年
3 林亚忠;基于Gibbs随机场模型的医学图像分割新算法研究[D];第一军医大学;2004年
4 葛宏立;面向类的图像分割方法研究[D];北京林业大学;2004年
5 王元全;可形变模型及其在心脏核磁共振图像分析中的应用研究[D];南京理工大学;2004年
6 贾迪野;基于偏微分方程的图像平滑与分割研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
7 曹建农;基于可分解马尔科夫网的图像分割方法研究[D];武汉大学;2005年
8 常发亮;彩色图像分割与复杂场景下视觉目标跟踪方法研究[D];山东大学;2005年
9 沈美丽;尿沉渣有形成分自动分类系统研究[D];长春理工大学;2006年
10 周昌雄;基于活动轮廓模型的图像分割方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 颜洁;可变形模型提取磁共振图像脑区域的方法研究[D];河北工业大学;2003年
2 王隽;基于MRI的脑图像分割和三维重建[D];河北工业大学;2004年
3 金大年;基于水平集的医学图像分割算法研究[D];第一军医大学;2005年
4 程琼;基于二维CT图像的三维重建及其应用[D];同济大学;2006年
5 薛耿剑;人体脑图像分割技术研究[D];西北工业大学;2006年
6 王震;主动轮廓模型在人脸人耳检测方面的应用[D];哈尔滨工业大学;2006年
7 李政文;图像分割中的主动轮廓方法[D];西安电子科技大学;2007年
8 刘昕;CT图像的三维分割及其三维可视化[D];电子科技大学;2006年
9 李晓伟;基于水平集方法的图像分割[D];西安理工大学;2007年
10 李丽娟;关于水平集在图像分割中应用的研究[D];西北大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 汪传忠;李文辉;武海燕;;水平集在盐水白带细胞显微图像分割中的应用[J];测试技术学报;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 方江雄;基于变分水平集的图像分割方法研究[D];上海交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 朱燕平;基于活动感兴趣区域的脑组织自动提取方法[D];南昌航空大学;2012年
2 刘玮;脑MRI图像分割方法的研究与实现[D];华南理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴月娥;周康源;李传富;张卿;;基于level sets的医学图像分割[J];北京生物医学工程;2006年03期
2 周彦博,张志广;可变形物体的轮廓的提取[J];电子学报;1998年07期
3 王志勇,池哲儒,余英林;分形编码在图像检索中的应用[J];电子学报;2000年06期
4 施驰,王宏远,黄载禄;MPEG-2编解码系统的恒定延迟技术[J];电子学报;2000年06期
5 薛景浩,章毓晋,林行刚;SAR图像基于Rayleigh分布假设的最小误差阀值化分割[J];电子科学学刊;1999年02期
6 张丽飞,王东峰,时永刚,邹谋炎;基于形变模型的图像分割技术综述[J];电子与信息学报;2003年03期
7 左坤隆,刘文耀;基于梯度向量流场的眼睛特征提取[J];光电子·激光;2004年02期
8 李熙莹,倪国强;一种自动提取目标的主动轮廓法[J];光子学报;2002年05期
9 赵雪春,戚飞虎;基于可变形模型及像素相似性统计的自动图像分割[J];红外与毫米波学报;2000年01期
10 王爱民,沈兰荪;图像分割研究综述[J];测控技术;2000年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦绪佳;杜轶诚;张素琼;王卫红;韩军;;基于边缘信息C_V模型的医学图像分割方法[J];小型微型计算机系统;2011年05期
2 陈湘文;赵卫东;李吉超;;一种新的基于区域竞争模型的水平集医学图像分割方法[J];计算机应用;2008年04期
3 张裕;徐刚;何鹏;刘丽琼;;水平集方法的改进及在医学图像上的应用[J];计算机与现代化;2010年12期
4 哈章;李传富;王金萍;周康源;杨振森;;一种新型的医学图像分割评价方法[J];北京生物医学工程;2008年04期
5 张娜;张建勋;王慧娟;史瑞芝;;基于多阈值单水平集方法的医学图像分割[J];高技术通讯;2009年11期
6 刘新;潘振宽;李新照;白洁;;医学图像分割技术中变形模型方法的研究综述[J];计算机应用研究;2006年08期
7 王小兵;孙久运;;几种图像分割技术在医学图像处理中的应用研究[J];医疗卫生装备;2011年07期
8 王世威;肖敏;张韶文;夏顺仁;;融合颜色和强度先验信息的几何形变模型在医学图像分割中的应用[J];中国医疗器械杂志;2006年01期
9 朱春媚;周文辉;;改进Snake模型在病灶轮廓提取中的应用[J];计算机工程与应用;2008年08期
10 康晓东;何丕廉;刘玉洁;李志圣;;基于蚁群算法的医学图像分割研究[J];计算机应用研究;2008年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 代晓青;曾竟成;肖加余;江大志;邢素丽;;水平集方法模拟反应性树脂体系一维流动界面[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
2 敬闰宇;孙婧;李梦龙;;使用改进的水平集方法对数据进行分类[A];中国化学会第28届学术年会第14分会场摘要集[C];2012年
3 张弘;戴忠玲;王友年;;基于水平集方法的刻蚀剖面演化的研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
4 王一波;胡仲翔;姚耀;;基于水平集的激光条纹提取方法[A];2009全国虚拟仪器大会论文集(一)[C];2009年
5 林晓梅;王盛慧;徐慧颖;魏巍;;改进的FMC算法及其在医学图像分割中的应用[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
6 王斐;赵杰煜;;基于多重网格的水平集图像分割方法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年
7 方宇强;戴斌;宋金泽;单恩忠;;基于光流和水平集的运动目标分割方法研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第三分册)[C];2009年
8 韩忠玲;韩忠明;汲伟明;姚萌;;基于模拟退火遗传算法的医学图像偏移场校正[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
9 王鑫;罗斌;周伟华;;基于归一化割的医学图像分割[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
10 宫欣;苑锋;;结构拓扑优化中水平集方法的改进[A];山东土木建筑学会建筑结构专业委员会2008年学术年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郝家胜;基于几何流的医学图像分割方法及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
2 刘军伟;基于水平集的图像分割方法研究及其在医学图像中的应用[D];中国科学技术大学;2009年
3 刘箐;水平集方法在预混合湍流V型火焰模拟和形状复原问题上的应用[D];浙江大学;2010年
4 谢从华;基于密度模型的医学图像分割方法研究[D];江苏大学;2011年
5 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 葛全文;ICF中流体不稳定性的数值模拟研究与Hamilton-Jacobi方程的运动网格方法[D];中国工程物理研究院;2003年
7 谢强军;变分水平集理论及其在医学图像分割中的应用[D];浙江大学;2009年
8 杨高波;基于内容多媒体应用的语义视频对象提取及评价[D];上海大学;2004年
9 王斌;图像分割的提升水平集方法[D];西安电子科技大学;2010年
10 陆成刚;基于微分方程的若干图像分析论题研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程侃;基于水平集模型的形状先验分割算法及其在肝脏分割的应用[D];上海交通大学;2009年
2 计玉芳;医学图像分割算法的研究与应用[D];江南大学;2009年
3 刘月;基于水平集方法的医学图像分割[D];吉林大学;2010年
4 张沫;医学图像分割中的多层单水平集方法[D];清华大学;2008年
5 郑志成;基于Level Set方法的散乱数据曲面重建[D];大连理工大学;2005年
6 王超逸;水平集方法在连续体结构拓扑优化问题中的运用和发展[D];长安大学;2008年
7 陈丰;医学图像分割算法研究及其在心脏分割中的应用[D];上海交通大学;2010年
8 黄娟;脑皮质内外曲面的提取和体积计算[D];南昌大学;2012年
9 王俊芳;基于水平集方法的瑞利噪声医学图像分割[D];青岛大学;2008年
10 严佳炜;具有间断解的计算机层析成像中的若干问题[D];复旦大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026