[发明专利]一种基于抛物线修正凸包的肺实质分割方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理领域，尤其是一种基于抛物线修正凸包的肺实质分割方法。

背景技术

随着计算机断层扫描(Computer Tomography,CT)技术和计算机图像处理技术的发展，计算机辅助诊断系统(Computer-Aided Detection)为准确、快速、自动的分析和处理CT图像数据提供了新的手段，有助于提高医生诊断的敏感性和特异性。在针对肺部疾病的计算机辅助诊断的研究中，肺实质的分割可以排除CT图像中无关因素（如胸廓、心脏、检查床等）的影响、减少不必要的计算，分割的准确与否是影响肺部疾病的定量分析、肺结节的检测和肺功能评估的关键环节。

在CT图像中，由于结节等病变部位的密度与心脏及胸廓等软组织的密度极为接近，故传统的基于阈值的分割方法，虽然能有效地提取出肺实质，却常常会丢失如结节等病变部位的细节信息。而结节又是肺部医学影像的一个重要的影像征，是医生进行诊断的重要依据。现有的成像技术还无法确切的区分出结节和胸廓这样密度相似的软组织，要解决这个问题只能依赖图像分割算法。然而肺部结节的形状、大小及位置都存在极大地差异，故需要设计一个有效、强大的分割算法，提取出包含肺结节等病变部位的完整的肺实质。

针对这一问题，现有的算法多是先利用阈值分割、区域增长等方法得到CT图像中肺实质的大致区域，然后对分割结果进行修正，以弥补因各种病变造成的肺实质的缺失部分。现有的修正算法主要有：Armato S.G.等提出的滚球算法，该方法用一个半径为R的球在提取出来的肺区边缘上沿某个方向滚动，在球内的点通过判断是否互为八连通域来判断是否需要修复边缘，但是圆球半径R会对修复结果造成很大的影响，同时R值的选取通常都是根据经验选择，降低了算法的适用性，且常常出现过补的现象。Hu S.等提出的数学形态学方法对肺实质进行分割，该方法计算复杂度高且会影响到边缘的准确度。Bollotti R.等人选用粘性带(Glued Elastic Band,GEB)算法对肺部边界进行修补，模仿力学原理把弯曲半径较小的凹陷部分包含在所需区域内，而弯曲半径较大的部分仍然排除在外，但此方法计算复杂，修复结果也要受到采样步长的影响。此外，Kanazawa K等人提出基于曲率的方法，根据在肺实质的缺失部分会有较大的曲率变化，设定曲率阈值并对缺失部分予以修正，但肺部边界上的曲率很容易受到噪声的影响，且计算量大。王晶利用端点检测的方法，但仅针对非过小或过大(<4mm或>3mm)的结节。袁克虹等人提出基于计算局部凸包的方法对原始的肺轮廓进行修正，将原来被错误排除的肺结节重新包括进来，能够有效修正肺内高密度结节和血管造成的初始边缘错误，但由于需要设置多个参数，对结节大小的自动适应性较差，并且由于凸包算法的自身特点并不适合做肺叶内边缘结节的检测（内边缘有较多的自然生理凹陷，如血管、心脏），很难取得良好的分割效果，以直线为修复结果不能将结节完全包括在边缘内部。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于抛物线修正凸包的肺实质分割方法，针对含有边缘型肺结节的CT图像，可以将由肺结节引起的肺叶边缘缺失部分得到有效修补。

实现本发明目的技术方案：

一种基于抛物线修正凸包的肺实质分割方法，依次进行粗提取肺实质轮廓图像、肺实质外轮廓修复、肺实质内部边缘修复，其特征在于：肺实质外轮廓修复通过以下步骤实现：

步骤1：将肺实质轮廓图像边缘轮廓中的点进行排序；

步骤2：对步骤1的点建立边缘堆栈，得到用于经典Graham二维凸包算法的点集P={p₀,p₁,…p_n}(n≥3)；

步骤3：将点集P中的相邻两点连成线段，将线段长度由大到小排序，根据线段长度和位置查找肺结节所对应肺叶轮廓缺失部分的线段p_dp_d+1；

步骤4：利用抛物线修正线段p_dp_d+1，得到肺实质边缘轮廓。

步骤4中，以p_d为端点，计算p_dp_d-1、p_dp_d-2、…、p_dp_d-m(1≤m≤n)，直到满足条件