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《华南理工大学》 2018年
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基于医学图像分割技术的计算机辅助肺功能评估系统

解德芳  
【摘要】:伴随着CT(Computed Tomography,CT)成像技术和计算机技术的发展,基于医学图像的计算机辅助肺功能评估系统在肺功能评估的临床实践中发挥了重要的作用。传统的肺功能评估方法主要依靠视觉评分、症状体征和肺功能检查(Pulmonary Function Test,PFT),但该方法在判断肺部疾病严重程度时可靠性低,且不能从局部反映肺功能状况。而基于医学图像的计算机辅助肺功能评估系统由于其操作简便,结果可靠且重复性强,成为当前肺功能评估领域的研究热点。本文针对传统肺功能评估的不足,深入研究用于肺功能评估的医学图像分割技术,搭建计算机辅助肺功能定量评估系统,辅助医生评估患者的肺功能状况。本文主要研究内容分为四个方面:1.基于最优区域生长、灰度重建和分数阶微分的肺部组织分割方法。肺部组织分割主要包括肺实质、肺气管和肺血管的分割。首先,提出一种基于自适应阈值法的肺实质粗分割方案;接着,根据气管树解剖学中的结构,提出一种基于最优阈值生长和形态学灰度重建的肺气管分割算法;然后,采用基于分数阶微分算法和形状指数阈值法分割肺血管;最后,对肺实质粗分割结果进行修补和左右肺分离。2.基于改进随机游走的肺裂检测方法。肺裂检测是肺叶分割的基础,因此需先检测出肺裂,然后以最短路径为标准实现肺叶的分割。关于肺裂的检测,首先提出基于双边滤波的多尺度Retinex算法增强肺裂,通过双边滤波估计图像亮度和对光照估计的图像增加权值β提高清晰度;其次,采用改进的随机游走算法分割肺裂,通过Candy边缘检测降低种子点的误选率,并提出将像素间的位置和梯度差信息融合进权值函数,增强肺裂分割准确性。3.基于交互式二维ROI和交互式三维VOI的分割方法。为了进行基于局部组织的肺功能定量评估,研究了VOI和ROI分割算法,实现了对任意二维或三维感兴趣肺部组织的肺功能评估,辅助医生观察局部肺部病变的分布及严重程度。4.基于上述技术成果,测算肺功能定量指标并结合医学图像可视化技术,设计计算机辅助肺功能评估系统。本系统以总肺容积、功能性肺容积、无功能性肺容积、象素指数及像素分布直方图、平均肺密度和标准差为肺功能定量评估指标,可实现基于单张CT图像和CT序列图像的全肺、单侧肺和肺叶的肺功能评估,同时还可对VOI、ROI进行局部感兴趣肺组织的肺功能定量评估。临床测试病例表明,该系统可应用于肺气肿、慢性阻塞性肺病等肺部疾病的辅助诊断,可辅助医生评估患者的肺功能状况。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TP391.41;R816.41

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【参考文献】
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