利用CT影像的肺功能评估关键问题研究

论文摘要

肺部疾病越来越多的对人们的身体健康和生命安全带来威胁,及时尽早的发现肺部疾病成为人们防治肺部疾病的重点。随着CT影像和医学CAD技术的发展,利用CT影像辅助诊断越来越多的得到专家学者的重视,并且获得了日新月异的发展。肺功能检查作为呼吸系统疾病的必要检查之一,对于早期检出肺、气道病变,评估疾病的病情严重程度,鉴别呼吸困难的原因,诊断病变部位等方面都有着重要的指导意义。本文利用肺CT序列图像,对肺功能评估的几个关键问题进行研究,主要工作包含下面四个部分：(1)肺CT序列图像分割和修复算法研究。本文在改进的8邻域跟踪算法基础上,提出“8步骤”法对肺CT序列图像分段进行自动精确分割；对分割后的肺实质,分别采用滚球法和ray casting算法对肺外、内边缘进行修复,自动识别左右肺是否粘连,并对粘连的肺实质用向上积分法将其分开,得到完整的肺实质。实验结果表明,本文提出的分割与修复算法能取得理想的效果。(2)肺部气管树和血管树的分割。本文中首先根据气管树解剖学中的结构,利用改进的自适应阈值三维区域增长,提出“点对点”方法来寻找邻近层种子点,并结合形状分析和模板匹配分割出高精度的气管树；根据肺部血管在CT图像中的灰度特点,利用改进的SMDC连接代价算法,提取出包括肺门处动脉血管等较为完整的肺部血管树。实验结果表明,本文的算法能达到预期的效果。(3)通过对肺功能指标、肺纹理与肺部疾病相关性的研究,利用分割得到的完整的肺实质,实验中通过提取出的4个肺功能指标,及基于灰度共生矩阵和分形维数的纹理特征值,对不同病患的CT图像进行计算比较,得出二者在肺部疾病辅助诊断应用上的可行性。(4)结合MFC与VTK的深层次集成,基于VC6.0完成肺功能评估平台的搭建与功能实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源和研究目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作和组织结构
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文的组织结构
• 第2章 医学影像技术与肺功能评估基本方法
• 2.1 肺部CT相关知识
• 2.1.1 CT图像介绍
• 2.1.2 DICOM3.0标准
• 2.2 可视化工具VTK
• 2.2.1 VTK介绍
• 2.2.2 VTK与MFC的深层次集成及基于MC三维重建的实现
• 2.2.2.1 VTK与MFC的深层次集成
• 2.2.2.2 基于MC三维重建的实现
• 2.3 肺功能评估的基本方法与评述
• 2.4 本章小结
• 第3章 肺序列CT图像的肺实质精确分割与修复算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 肺实质的精确分割
• 3.2.1 肺部CT图像的去噪
• 3.2.2 最优阈值分割
• 3.2.3 基于改进的8邻域边界跟踪
• 3.2.3.1 传统8邻域边界跟踪算法
• 3.2.3.2 改进的8邻域边界跟踪算法
• 3.2.3.3 实验结果
• 3.2.4 区域增长与模板匹配
• 3.2.5 肺实质分割实验结果
• 3.3 肺实质的修复
• 3.3.1 基于改进的Ray Casting肺内边缘的修复
• 3.3.2 基于滚球法的肺外边缘的修复
• 3.3.3 左右肺的分开
• 3.3.4 实验结果
• 3.4 实验结果分析及平台实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 肺部气管树与血管的分割算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 肺气管树的自动分割
• 4.2.1 现有气管树分割算法分析
• 4.2.2 高精度肺部气管树提取的实现
• 4.2.2.1 基于改进自适应阈值三维区域增长的气管树分割
• 4.2.2.2 形状分析和模板匹配
• 4.3 肺血管的自动分割
• 4.3.1 现有血管分割算法分析
• 4.3.2 基于SMDC连接代价的肺血管分割算法
• 4.3.2.1 基于各向异性滤波的图像去噪
• 4.3.2.2 SMDC连接代价的基本原理与肺血管分割
• 4.3.2.3 改进的SMDC连接代价肺血管分割算法
• 4.4 实验结果分析及平台实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 肺功能指标和肺纹理与肺疾病辅助判别相关性研究
• 5.1 引言
• 5.2 肺功能指标的提取与分析
• 5.2.1 肺功能指标与肺部疾病辅助判别的相关性研究
• 5.2.2 肺功能指标的计算
• 5.2.2.1 全肺像素直方图和容积的计算
• 5.2.2.2 全肺平均密度和PI指数
• 5.3 肺纹理特征值的提取与分析
• 5.3.1 肺纹理与肺部疾病辅助判别的相关性研究
• 5.3.2 肺纹理特征值的提取
• 5.3.2.1 基于灰度共生矩阵的肺纹理特征值提取
• 5.3.2.2 基于分形维度的肺纹理特征值提取
• 5.4 实验结果分析与平台实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 对论文工作的总结
• 6.2 对今后研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢