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《中国科学技术大学》 2010年
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基于CT体数据的人体肺气道树数学模型建立

赖凯  
【摘要】: 肺部疾病是人类健康的重要威胁,建立肺部疾病计算机辅助诊断(CAD)系统已成为当前的研究热点。目前,有两种不同的实现肺部疾病CAD系统的方案:传统的异常依赖方案(ADA)和新兴的正常依赖方案(NDA)。异常依赖方案关注于图像目标中符合某种特定病变特征的区域,因此不能很好地应对临床诊断中多种病变同时存在的情况。正常依赖方案则更加符合专业医师的读片方法和诊断思路,那就是先识别并排除图像中的正常区域,然后对剩下的可能异常的区域进行精细分析。这样,多种病变的信息可以同时被保留下来,而不仅仅是某一种特定病变。鉴于这个原因,正常依赖方案已经成为未来肺部疾病CAD系统研究的发展趋势。 本文遵循正常依赖方案的基本思想和原则,提出了一条新颖的构建人体肺部疾病CAD系统的技术路线,其基础性工作是在计算机里建立一个反映正常人群影像学特征的肺部数字化参数集合。我们将注意力主要放在肺气道参数上,因为肺气道疾病是最严重的肺部疾病之一,而且我们的工作将显示出肺气道参数能够从一定程度上反映整个肺的情况。本文最终建立了一个包含丰富肺气道参数的数学模型,并通过五个步骤来达成这一目标。在每个步骤中,都进行了深入的研究工作,取得了一定的成果。 第1步:肺分割。肺分割是后续肺气道分割的基础。针对医学图像背景复杂、边界模糊、局部不均匀等特点,提出使用相对模糊连接度作为几何主动轮廓模型中曲线演化的驱动力,并从理论分析和实验验证两个角度证明了其对于肺部图像的适用性。本文方法在多目标图像和复杂图像的分割实验中取得了良好的效果,最终分割出了完整、正确的肺组织。 第2步:气道分割。气道分割是整个模型建立的基础,并直接决定着模型的性能。以普通分割方法的结果作为本文分割的基础,采用气道分割的一般性框架,对其中的分割、评价等模块进行了改进。对于泄漏和细小气道提取这两大难题,提出了有针对性的策略。最终提取了10个层级中的104个气道段(相当于手动分割数量的45%),并完整保留了段支气道以上的全部气道信息。 第3步:骨架提取。提取肺气道树的单像素宽中心骨架是进行参数测算的必须环节,几乎所有结构性参数的定义和测算方法都是基于气道骨架而提出的。针对肺气道树骨架化的特定需求,综合分析了常用的四类骨架提取算法,并最终选择了层次性一般势能场方法。整个骨架化过程被分为提取核心骨架(第一级)、加入细小分支(第二级)、连接末梢端点(第三级)这三个完整性逐渐增加的层级,其中第三级的结果即是最终结果。这种方法的骨架化效果在完整性上要优于其他方法。 第4步:参数测算。这是与建立数学模型直接相关的步骤,所测算出的参数就是数学模型中的数据部分。整个肺气道树被解剖为整体、层级、段和层片四种结构,针对每种结构提取了一类参数。整体类参数有4种,层级类参数有4种(10层级),段类参数有5种(104段),层片类参数有5种(1916层片),因此总共提取了10144个肺气道参数。部分参数与影像学事实和真实解剖值进行了对比,结果显示这些测算结果是正确、可信的。 第5步:模型建立。这是本文的最终目标。建立出的数学模型由两个部分组成:数据和操作。所有肺气道参数数据存储在具有五级结构的树中。树的每一级由一种类型的结构体组成,每种结构体分别存储整体参数、层级参数、段参数、层片参数和体素参数。对数据的操作是模型的第二部分,是对参数进行计算、存储、装载、查询、调用等的计算机算法。结构体中存有编码和指针,用于参数的查询和调用。在模型数据和模型操作的基础上,给出了三个实际应用的解决方案,作为后续建立肺部疾病CAD系统的参考。 总之,本文所构建出的人体肺气道树数学模型中含有丰富而正确的参数,可以用于下一步建立肺部疾病CAD系统。 本文作者特别感谢国家自然科学基金(60771007)和中科院研究生科技创新基金(2008年度)对本文的资助。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:R311;TP391.41

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王兴家;基于4D-CT数据的心脏重构方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈伟;刘进康;李文政;熊曾;龙学颖;周晖;;基于Bayes理论的计算机辅助诊断系统在孤立性肺结节CT诊断中的应用[J];第三军医大学学报;2008年20期
2 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
3 郭圣文;陈坚;曾庆思;;胸部CT中肺实质的自动分割与计算机辅助诊断[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年01期
4 张伟宏,牟文斌,齐冰,王富英,马毅,朱元珏,翟伟明,胡成文,金征宇,刘玉清;CT肺功能成像参数正常值研究[J];临床放射学杂志;2005年10期
5 潘建江,杨勋年,汪国昭;基于模糊连接度的图像分割及算法[J];软件学报;2005年01期
6 周旭,金国斌,顾祖莉,蒋伟;基于知识的颅内出血(ICH)三维医学图像分割方法[J];上海生物医学工程;2004年01期
7 陈自谦;张碧云;陈建新;杨熙章;许有进;;计算机辅助诊断在肺结节诊断中的应用价值[J];中国医学计算机成像杂志;2006年01期
8 薛以锋;鲍旭东;马汉林;吴磊;;基于CT图像的肺结节计算机辅助诊断系统[J];中国医学物理学杂志;2006年02期
9 王晓华;马大庆;;计算机辅助诊断在肺结节中的应用进展[J];中华放射学杂志;2006年04期
10 周永新;白净;;用于MRI脑组织分割的自动模糊连接方法[J];中国生物医学工程学报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 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
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 秦钧;孤立性肺结节的计算机辅助诊断研究[D];重庆大学;2006年
2 束洲;肺结节计算机辅助诊断算法研究[D];浙江大学;2007年
3 赵鹏;高分辨率CT图像的纹理分割方法研究[D];中国科学技术大学;2009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 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
4 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
5 张鹤;董彦麟;;一种改进的变分水平集车辆检测技术[J];辽宁科技大学学报;2011年03期
6 李燕;罗四维;邹琪;;带评价系统的曲率相关有向主动轮廓模型[J];北京交通大学学报;2010年02期
7 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
8 王孝通,赵晶,金良安;视频序列中目标定位跟踪的一种新方法[J];兵工学报;2005年05期
9 胡永利,尹宝才;基于线性组合模型的人脸特征检测方法[J];北京工业大学学报;2005年05期
10 吴水才;姜佩杰;杨春兰;阮祥燕;;腿部磁共振图像自动分割算法研究[J];北京工业大学学报;2012年02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 张建忠;都基峻;石应杰;张凡;;利用CT技术测定生物滴滤床内部孔隙[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011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 朱一玮;;基于色差分析的图像边缘跟踪改进算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 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
6 ;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
7 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
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 刘勋;孟骧龙;毋立芳;;基于自适应对象模型的篮球运动跟踪方法[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
10 全刚;徐钟;孙即祥;;一种改进的C-V图像分割模型[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009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 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 钟凡;在线视频分割关键问题研究[D];浙江大学;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 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 李光;基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现[D];浙江理工大学;2010年
8 陈欣欣;基于CT图像的血管分割[D];郑州大学;2010年
9 孙宏伟;基于链码的视觉轨线跟踪[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 马玲;拓扑约束法在序列图像高密度细胞追踪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周颖玥;冯焕清;李传富;刘鹏;刘伟;;一种从胸HRCT图像序列分割肺的自动化方法[J];北京生物医学工程;2008年01期
2 依玉峰;高立群;崔兆华;史圣伦;;基于PSO的Live Wire交互式图像分割算法[J];东北大学学报(自然科学版);2011年02期
3 李雪丽,周果宏,罗述谦;用于血管图像分割的简化模糊连接算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2003年10期
4 李俊,杨新,施鹏飞;基于Mumford-Shah模型的快速水平集图像分割方法[J];计算机学报;2002年11期
5 刘军伟;冯焕清;周颖玥;李传富;;基于主动轮廓模型的肺纹理自动提取新方法(英文)[J];自动化学报;2009年04期
6 潘建江,杨勋年,汪国昭;基于模糊连接度的图像分割及算法[J];软件学报;2005年01期
7 崔炜;Takeshi Kondo;Hirofumi Anno;郭玉印;Takahisa Sato;Masayoshi Sarai;Hitoshi Shinozaki;Satoshi Kakizawa;Atsushi Sugiura;Keita Oshima;Kazuhiro Katada;Hitoshi Hishida;;多层螺旋CT计算心室容积的准确性及最佳层厚选择[J];中华放射学杂志;2005年12期
8 周永新;白净;;用于MRI脑组织分割的自动模糊连接方法[J];中国生物医学工程学报;2006年04期
9 李彬;陈武凡;;基于模糊连接度的多发性硬化症MR图像自动分割算法[J];中国生物医学工程学报;2007年05期
10 刘军伟;李传富;吴欢;冯焕清;熊进;;改进的熵最小方法用于MRI偏差场的校正[J];中国生物医学工程学报;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 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
2 张宁;心脏磁共振图像左心室分割算法研究[D];南方医科大学;2009年
3 郑驰超;超声测量骨密度及超声成像的若干方法的研究[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张立东;基于多层螺旋CT成像的冠状动脉三维重建[D];浙江大学;2006年
2 许艺强;基于图像的心脏运动参数估算及统计分析[D];浙江工业大学;2009年
3 张璐;医学图像去噪方法分析与比较[D];上海交通大学;2010年
4 徐峰;基于配准的颅脑CT图像分割的研究[D];中国科学技术大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 王耀处;杨荣骞;吴效明;;双源CT心脏图像腔体区域的分割[J];计算机仿真;2014年03期
2 吕晓琪;任国印;谷宇;;心肌及心血管系统的四维可视化技术研究与实现[J];中国医学影像技术;2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 蔡肯;基于双源CT的全心脏图像配准与自动分割算法研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 任国印;心脏及兴趣区域的四维可视化系统研究与实现[D];内蒙古科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨加,吴祈耀,田捷,杨骅;几种图像分割算法在CT图像分割上的实现和比较[J];北京理工大学学报;2000年06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 周颖玥;冯焕清;李传富;刘鹏;刘伟;;一种从胸HRCT图像序列分割肺的自动化方法[J];北京生物医学工程;2008年01期
4 罗晓华;何中市;;多重分形及其良恶性肺结节的识别[J];东莞理工学院学报;2006年01期
5 刘喜英,吴淑泉,徐向民;基于区域生长法的医学图像分割研究[J];电视技术;2003年09期
6 段刚,陈卫国,王江云,黄信华,王勇,卢伟;数字化放射成像与普通X线诊断肺内单发结节的ROC曲线评价[J];第一军医大学学报;2003年06期
7 岑峰,戚飞虎,曾文珺;基于边缘吸引力场正则化的短程线主动轮廓模型[J];电子学报;2003年01期
8 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
9 陈志彬;邱天爽;;一种基于FCM和Level Set的MRI医学图像分割方法[J];电子学报;2008年09期
10 罗述谦,吕维雪;医学图像配准技术[J];国外医学.生物医学工程分册;1999年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗 清,张追阳;腹膜后恶性纤维组织细胞瘤CT诊断[J];中国医学计算机成像杂志;2002年01期
2 许有生,许克雄,赵富金,王土兴,沈纪林,杨其根,张伟强,吴金兴;主诉无外伤史的硬膜下血肿和硬膜外血肿(附29例报告)[J];现代医用影像学;1995年03期
3 黄少敏,蒋钰;小脑出血12例临床分析[J];宜春医专学报;1995年Z1期
4 程洁敏,王小林,王建华,颜志平,周康荣,李茂全;CT片与电视透视相结合行肝穿刺活检[J];复旦学报(医学科学版);1996年05期
5 田为中,耿福儒,江韶东;垂体腺瘤CT诊断(附37例分析)[J];江苏医药;1996年11期
6 马春英,刘振寰;围产期脑损伤性智力低下患儿CT改变[J];实用医技杂志;1996年05期
7 徐华,巩若箴;新生儿窒息缺氧缺血性脑病的CT诊断与临床[J];医学影像学杂志;1996年01期
8 杨全新,杨军乐,申富坤,孙弘弘;甲状腺疾病的CT诊断[J];实用放射学杂志;1997年01期
9 沈为忠,张微微,沈婷,王锡娟;单纯疱疹性脑炎的诊治问题附4例报告[J];邯郸医学高等专科学校学报;1997年03期
10 侯庆涛,陈瑶,崔元孝;高血压性小脑出血32例临床与CT观察[J];临沂医专学报;1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 辛广科;;X线(CT)引导下腰交感神经阻滞治疗股骨头缺血性坏死的研究报告[A];中华医学会疼痛学分会第八届年会暨CASP成立二十周年论文集[C];2009年
2 李琼;王嵩;马国骏;;湿热内蕴型轻度脂肪肝肝/脾CT值比值与血脂的相关性分析[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
3 乐治文;;支气管内膜结核CT诊断及鉴别诊断[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
4 邹文远;;主动脉弓离断的CT诊断价值[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
5 赵起;邵成伟;左长京;;胃间质瘤多层螺旋CT表现及其与病理对照[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
6 史河水;蒋南川;李欣;吴爱兰;韩萍;刘永华;田志梁;;肺硬化性血管瘤的CT诊断与鉴别诊断[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
7 邹文远;石思李;李胜;;肝血管瘤的CT表现与临床分析[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
8 王绍娟;王智涛;刘钊;;探讨多层螺旋CT在胃肠道间质瘤恶性风险评估中的价值[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
9 马润磊;李正军;王广生;;肾上腺腺瘤的CT平扫鉴别诊断价值评估[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
10 泮旭铭;;脾血管瘤的CT诊断[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 朱盛;嘉兴首次为运河航道照“CT”[N];中国水运报;2008年
2 编译 传说;CT扫描可增加癌症风险[N];医药经济报;2009年
3 王迪;CT市场硝烟中外资变阵[N];医药经济报;2010年
4 本报记者 关媛媛 实习生 徐佳;重大工业CT机为“神七”默默奉献[N];重庆日报;2008年
5 通讯员 贾洪涛;市区出租车牌照全部使用吉CT专用号段[N];四平日报;2009年
6 武汉大学人民医院副研究员 罗照春;滥用CT易患癌[N];健康报;2010年
7 中山大学附属口腔医院放射科主任 曾东林 整理 梁剑芳;口腔科CT有哪些特点[N];健康报;2010年
8 中国医保商会 曹钢;CT高端需求强劲 贸易逆差1.15亿美元[N];医药经济报;2010年
9 ;确诊胃癌慎用CT检查[N];医药导报;2009年
10 百里 编译;CT检测阑尾炎阳性者,手术为最佳选择[N];医药经济报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贾兴旺;冠状动脉粥样硬化血液生物标志谱与CT影像特征的相关性研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2011年
2 隋昕;三维CT定量评估慢性阻塞性肺病患者肺功能的研究[D];北京协和医学院;2012年
3 古今;双源CT低剂量冠状动脉成像及心肌桥的影像学研究[D];华中科技大学;2012年
4 左一智;肺段间平面的解剖学实质与CT表现[D];山东大学;2013年
5 刘慧;基于CT图像处理的冻结岩石细观结构及损伤力学特性研究[D];西安科技大学;2013年
6 李琼;迭代重建技术在低剂量胸部CT中应用的体模及临床研究[D];第二军医大学;2013年
7 李镜;X射线微分相位衬度CT重建算法研究[D];大连理工大学;2013年
8 邹晓兵;大视场螺旋锥束工业CT的扫描方法与重建算法研究[D];重庆大学;2010年
9 郭威;CT不完全投影数据重建算法研究[D];吉林大学;2011年
10 李林升;基于CT图像边缘提取的工件应力分析及疲劳寿命预测研究[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付艳乔;颈静脉球与耳蜗位置关系的CT观察[D];广西医科大学;2010年
2 王挺;CT导引经皮穿刺置管引流术治疗复杂腹腔感染86例分析[D];浙江大学;2010年
3 徐魁伟;儿童发育性髋关节脱位股骨前倾角变化规律的三维CT研究[D];中国医科大学;2010年
4 袁玉新;致蛛网膜下腔出血的颅内破裂动脉瘤CT初步研究[D];大连医科大学;2010年
5 宋庆飞;超声造影与增强螺旋CT在肾肿瘤诊断中的对照研究[D];山西医科大学;2010年
6 许志高;尿毒症肺的CT征象分析及其发生与肌酐、尿素、二氧化碳结合力的关系[D];山西医科大学;2010年
7 李锋坦;CT扫描中管电压对辐射剂量和CT值及灌注结果的影响[D];天津医科大学;2010年
8 雷鸣;多层螺旋CT血管造影在骨盆肿瘤治疗中的应用(附11例病例分析)[D];广西医科大学;2011年
9 吴丽卓;不同对比剂使用参数对腹部CT增强图像质量影响的对照研究[D];吉林大学;2011年
10 游勇;多层螺旋CT在孤立性肠系膜上动脉夹层的临床应用[D];广州中医药大学;2011年
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