[发明专利]一种基于三维超体素的颅内出血区域分割方法及系统

权利要求书

1.一种基于三维超体素的脑部CT图像出血区域分割系统，其特征在于，包括图像预处理模块，中心出血帧处理模块，超体素划分模块，分割模块和三维重建模块；所述图像预处理模块对二维CT图像序列进行格式转换，提取颅骨结构，找出颅内区域；所述中心出血帧处理模块在中心出血帧的颅内区域中找出出血中心点，将以出血中心点为中心点的L×L×Q三维矩阵作为出血候选区域，其中L为候选区域的宽度，Q为包含出血区域的CT图像数；所述超体素划分模块将三维矩阵划分为超体素；所述分割模块将超体素划分为前景和背景，前景即出血区域；所述分割模块以位于三维区域中心点的超体素及其相邻的超体素内的体素灰度值建立前景的GMM混合模型，以位于三维区域八个角点的超体素及其相邻的超体素内的体素灰度值建立背景的GMM混合模型；通过区域项和边界项建立能量函数，通过最小化能量函数将超体素划分为前景和背景两部分，前景即出血区域；

所述区域项R(T)的计算方法如下：

为每个超体素建立一个二值的标签t_i，T＝{t₁,t₂,…,t_K}是所有超体素标签的集合，t_i＝1时表示第i个超体素属于前景，前景即出血区域，t_i＝0时表示第i个超体素属于背景；

R_k(0)＝-logP(V_k|'背景') R_k(1)＝-logP(V_k|'前景')

其中V_k表示第k个超体素的平均灰度值，P(V_k|'背景')和P(V_k|'前景')分别表示第k个超体素属于背景和属于前景的概率；

所述边界项B(T)的计算方法如下：

其中(V₁,V₂)表示所有相邻的超体素对，M表示相邻的超体素的总对数，σ₁、σ₂分别为两个相邻超体素的灰度直方图的均方误差；所述三维重建模块将属于前景的超体素在三维空间进行重建。

2.如权利要求1所述的一种基于三维超体素的脑部CT图像出血区域分割系统，其特征在于，所述图像预处理模块包含以下子模块：

(1)转换图像格式模块：从计算机断层扫描设备或者数据库中获取包含出血区域的CT图像，截取像素值的有效区间，转换成常用的计算机图像处理格式；

(2)提取颅骨结构模块：通过标准的模糊C均值聚类方法FCM将CT图像OM中的像素聚类成3类，其中亮度最高的一类M1为颅骨区域，亮度最低的一类M2为脑部以外的黑色背景区域，第三类M3是由颅骨包围起来的颅内组织以及包围着颅骨的大脑外皮层组织的总和；

(3)提取颅内区域模块：以只包含颅骨结构的图像M1为模板，根据颅骨结构的对称性，通过从上到下，左右对称的逐行水平扫描方法得到颅内区域的掩模MS，再将掩模MS和CT图像OM进行乘运算，得到只含有颅内区域的图像NM。

3.如权利要求1所述的一种基于三维超体素的脑部CT图像出血区域分割系统，其特征在于，所述中心出血帧处理模块对中心出血帧中只含颅内区域的图像NM使用大津自适应阈值算法得到二值图像MB，然后通过卷积的方式，算出二值图像MB中每个位置周围一个正方形邻域中的像素值的和，选择邻域像素值和最大的一点作为出血区域的中心点C；以出血中心点C为中心点的L×L×Q三维矩阵作为出血候选区域。

4.如权利要求1所述的一种基于三维超体素的脑部CT图像出血区域分割系统，其特征在于，所述超体素划分模块应用三维简单线性迭代聚类算法3DSLIC对三维矩阵进行分割，得到规则排列的超体素作为候选的出血区域。