[发明专利]肺结节三维分割与特征提取方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于医学图像的计算机分析技术的应用领域，具体涉及一种基 于胸部CT的肺结节三维分割与特征提取方法及系统。

背景技术

随着空气污染造成环境的不断恶化及吸烟人口的大量增加，肺部疾病 的发病率及死亡率也在逐年上升。在全世界大部分国家，肺癌是男性、女 性癌症死亡排名第一的原因。而在我国，过去的5年中肺癌病患者增加了 约12万；每4个癌症死亡患者中就有1人是肺癌患者。由于肺部发生的病 变在早期难以被人察觉，等到有临床症状出现而就医时，大多数患者已到 达了病程的中晚期，治愈的机率将大大降低。而肺结节是肺癌早期最常见 的表现形式，在肺癌计算机辅助诊断技术中也主要是对肺结节的检测与量 化方法进行研究。

在肺结节的检测中，CT被认为是最好的影像学手段，肺结节所具有的 三维特征，比如形态近似球形、灰度近似空间正态分布的特点，在高分辨 率CT(High Resolution Computed Tomography，HRCT)中更为明显。虽然， 目前许多学者在肺结节的检测和特征量化方面做了大量研究，相关研究也 已取得了一定的成果，但大部分研究都集中在对二维CT横断面图像(原 始的CT图像)进行处理，没有充分利用CT三维空间信息，而且大部分特 征提取方法或者只考虑感兴趣区域的特性而忽略了肺结节自身的特性，或 者只考虑肺结节自身的特性而忽略了感兴趣区域的特性，没有充分结合两 者的特性。如公开号CN101556650A的专利文献在没有获得肺结节边界的 情况下，直接从感兴趣区域提取特征，如分叶征、空洞征等，但感兴趣区 域内还包含了其他正常组织，这些组织特性对感兴趣区域的特征提取会造 成干扰。

由于支气管树通过主支气管入口与心脏、胸廓等高密度外围组织相连， 在对肺实质进行分割时，肺的表面会沿着与外围高密度组织粘连的主支气 管通道发生凹陷，位于凹陷内的支气管段将会被漏分，因此使用几何凸点 搭桥法填补整个肺表面的凹陷，从而得到完整的肺内区域(具体参见Kawata Y.，N.Niki，H.Ohmatsu，et al.“Computerized analysis of 3-D pulmonary nodule images in surrounding and internal structure feature spaces，”2001 International Conference on Image Processing，889-892(2001).)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种肺结节三维分割与特征提取方法，该方法 能够从大量的二维胸部CT横断面图像中利用三维空间信息分割出肺结节， 能够准确可靠地提取及量化肺结节特征；本发明还提供了实施该方法的系 统，系统稳定可靠。

本发明提供的一种肺结节三维分割与特征提取方法，其特征在于，该 方法包括下述步骤：

第1步在输入的所有二维胸部CT横断面图像上自动分割出肺实质 后，使用几何凸点搭桥法修补肺表面的凹陷，将肺结节所在的肺内区域与 肺外区域分隔开；

第2步构建三维空间中不同尺度的三种形状选择性增强滤波器，分 别仅对球形、管状及面状物体具有响应。利用这三种形状选择性增强滤波 器分别初步甄别出由所有二维胸部CT横断面图像构建的三维CT图像中的 疑似肺结节、疑似粗血管及疑似厚支气管壁，提取出肺内区域中候选结节 区域，再利用Fisher线性分类器对候选结节区域的特征值进行分类从而得 到三维感兴趣区域；

第3步在第2步提取的三维感兴趣区域内使用基于三维空间的水平 集方法分割出肺结节，确定肺结节边界曲面；

第4步根据第3步得到的肺结节边界曲面的信息，结合感兴趣区域 的总体特性，提取相关特征并量化特征值；

第5步根据第3步得到的肺结节边界曲面信息，将肺结节的位置和 范围以三维形式显示，同时以用户需要的形式存储及显示第4步得到的特 征及其量化值。

本发明提供的一种肺结节三维分割与特征提取系统，其特征在于：该 系统包括肺区域分割模块、三维感兴趣区域提取模块、肺结节三维分割模 块、肺结节特征提取及量化模块和输出模块；

肺区域分割模块用于将输入的所有二维胸部CT横断面图像中肺实质 分割出来后，使用几何凸点搭桥法修补肺表面的凹陷，并将分割出的肺内 区域传送给三维感兴趣区域提取模块；