肺结节计算机辅助诊断系统中分割算法研究及实现

论文摘要

目前,肺癌的诊断和治疗方法一直以来作为医学领域其中一个极高关注度的研究热点。这种疾病的早期诊断和治疗是提高肺癌患者生存率和降低其死亡率的必要手段。引入计算机辅助诊断技术,能够为肺癌的临床诊断方便、快捷和准确地识别出作为早期肺癌影像表征的肺结节区域,并且有助于肺结节的特征量化分析,对鉴别肺结节良恶性生长提供客观的诊断参考标准。因此,依据典型肺结节在MSCT影像上的固有特征,论文研究肺结节分割算法及在肺结节计算机辅助诊断系统实现为后续的肺结节识别及其良恶性分类奠定基础。本文在已有理论和应用上对肺结节分割算法流程的每个环节提出一些技术改进和创新,具体主要有以下方面:1)针对如何自动、准确且高效地分割出边缘光滑的肺实质图像,提出一种结合自适应阈值方法以及数学形态学的肺实质分割算法。并且通过对数学形态学以及游程编码连通区域标记算法的改进提高整体算法的实现效率。2)基于非线性各向异性扩散滤波中同时实现区域平滑和边缘增强的特点,对肺区疑似结节增强算法进行了研究,提出了一种结合多尺度分析以及转换型张量滤波算法。并且将这种算法与P-M滤波、Hessian矩阵滤波以及张量滤波进行对比,以验证其效果。3)论文提出一种能够克服弱边界泄露和灰度不均匀现象的混合水平集模型分割典型结节。利用该算法对孤立型结节、磨玻璃密度影结节、胸膜粘连型结节等典型肺结节进行分割。4)为了进一步解决结节和血管粘连的问题,论文设计出一种基于模糊核聚类算法进行分割研究。这种算法从流向特征建立血管粘连型肺结节模型后,利用模型的结构信息确定核函数的核径参数对结节进行聚类。5)本文介绍了一种新开发的肺结节计算机辅助诊断系统,并且对其中多模态医学图像浏览器模块和肺结节分割系统模块的具体功能进行详细分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景，目的及意义
• 1.2 计算机辅助诊断技术及肺结节CAD 系统
• 1.2.1 计算机辅助诊断技术概述
• 1.2.2 肺结节CAD 系统的研究历史及现状发展
• 1.2.3 肺结节CAD 系统的基本结构
• 1.3 数字医学影像存储与传输标准
• 1.3.1 数字医学影像存储与传输标准概述
• 1.3.2 基于DICOM 的医学影像文件编码格式
• 1.4 肺结节的分割算法
• 1.4.1 肺结节的CT 影像特征
• 1.4.2 肺结节分割算法的研究概况
• 1.4.3 肺结节分割算法的研究重点
• 1.5 本文的研究内容与组织结构
• 第二章 肺实质的自适应快速分割算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 肺实质分割算法实现
• 2.2.1 自适应阈值的二值化处理
• 2.2.2 形态学重构滤波的肺实质提取
• 2.2.3 肺实质的左右分离及边缘修补
• 2.3 肺实质分割算法实现的效率改进
• 2.3.1 基于压缩像素图像及位操作的数学形态学
• 2.3.2 游程编码连通区域标记
• 2.4 实验结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 肺区疑似结节增强算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 非线性各向异性扩散滤波算法
• 3.2.1 局部坐标系下的P-M 滤波
• 3.2.2 Hessian 矩阵滤波
• 3.2.3 张量滤波
• 3.3 肺区疑似结节增强算法实现
• 3.3.1 高斯平滑预处理
• 3.3.2 转换式张量滤波
• 3.3.3 数值实现方法
• 3.4 实验结果分析和评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 混合水平集模型的典型肺结节分割研究
• 4.1 引言
• 4.2 水平集方法
• 4.2.1 测地线活动轮廓模型
• 4.2.2 Chan-Vese 水平集模型
• 4.3 混合水平集模型
• 4.3.1 混合水平集模型数学表述
• 4.3.2 边缘停止函数选取分析
• 4.3.3 局部区域统计信息分析
• 4.4 混合水平集模型的数值实现
• 4.4.1 混合水平集模型的初始化讨论
• 4.4.2 混合水平集模型的数值方法
• 4.5 典型肺结节分割的实现与分析
• 4.5.1 典型肺结节分割实现讨论
• 4.5.2 分割算法量化评价
• 4.5.3 血管粘连型结节分割讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于聚类分析的血管粘连型肺结节分割研究
• 5.1 引言
• 5.2 聚类分析原理及经典算法
• 5.2.1 聚类分析原理
• 5.2.2 期望极大值算法
• 5.2.3 模糊C 均值聚类算法
• 5.3 血管粘连型肺结节的分割算法
• 5.3.1 血管粘连型肺结节流向特征提取
• 5.3.2 血管粘连型肺结节模型参数估计
• 5.3.3 血管粘连型肺结节的模糊核聚类算法分割
• 5.3.4 血管粘连型肺结节分割中核函数的选择
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 流向特征提取分析
• 5.4.2 血管粘连型肺结节分割实验讨论
• 5.4.3 分割算法评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 肺结节CAD 系统中图像浏览及分割系统设计
• 6.1 引言
• 6.2 肺结节CAD 系统框架结构
• 6.3 多模态医学图像浏览器模块
• 6.3.1 多模态医学图像I/O 文件流
• 6.3.2 简单二维图像处理
• 6.3.3 图像的测量和标注
• 6.3.4 影像诊断报告
• 6.4 肺结节分割系统模块
• 6.4.1 肺实质分割功能
• 6.4.2 肺部区域疑似结节增强功能
• 6.4.3 肺结节分割功能
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 主要研究成果
• 后续工作与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件