活动轮廓模型及其在医学图像分割中的应用研究

活动轮廓模型及其在医学图像分割中的应用研究

论文摘要

医学图像分割技术是医学图像处理和分析领域的基础技术之一,是近年来备受研究人员关注的热点问题。医学图像分割的目的是把图像中具有特殊含义的不同区域分割出来,并使分割结果尽可能的接近解剖结构,从而为临床诊断和病理学研究提供可靠的依据。因此对医学图像分割技术的研究具有重要的学术意义和应用价值。本文在回顾国内外医学图像分割技术相关文献的基础上,根据医学图像自身的特点和应用需求,分析了基于活动轮廓模型(active contour model)的医学图像分割方法,结合形状统计,提出了一种形状统计活动轮廓模型的分割方法,较好的解决了对受噪声干扰、对象残缺等图片的分割问题。论文的主要工作包括:(1)分析了活动轮廓模型的两种典型分割方法:参数活动轮廓模型和测地活动轮廓模型,并通过实验对其分割性能行了定性分析。(2)在测地活动轮廓模型的框架下,本文提出一种形状统计的活动轮廓模型,并将其应用于残缺肺区的分割。该方法在测地活动轮廓模型中加入了形状统计的先验知识能量项,以此指导、约束活动轮廓模型轮廓的演化过程。实验表明,该方法对受噪声影响、对象残缺等图片的具有良好的分割效果,但计算量大,初始轮廓对分割结果存在影响。(3)针对从胸部CT图片中分割肺区的具体应用,本文提出了一种常规区域生长分割和轮廓修补相结合的肺区半自动分割方法。对于肺区正常无病变缺损的CT图片采用区域生长进行分割,并利用CT图像序列间的连续性特点自动选择种子区域;对于边缘残缺的肺区,首先采用滚球法进行修补;如果滚球法修补结果仍有缺损,则说明缺损较大,采用本文提出的基于形状统计的活动轮廓分割方法进行修补。(4)根据本文提出的方法,实现了肺区半自动分割系统。论文对上述方法进行了实验验证,实验结果表明:本文所提出的方法是有效的,在一定程度上解决了肺结节计算机辅助诊断中肺区分割的问题。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 医学图像分割的背景和意义
  • 1.2 医学图像分割的定义
  • 1.3 国内外研究现状
  • 1.3.1 传统图像分割
  • 1.3.2 活动轮廓模型的图像分割
  • 1.3.3 基于知识的图像分割
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 2 活动轮廓模型分割方法
  • 2.1 活动轮廓模型简介
  • 2.2 参数活动轮廓模型
  • 2.2.1 参数活动轮廓模型的能量函数
  • 2.2.2 参数活动轮廓模型的能量函数最小化求解
  • 2.2.3 参数活动轮廓模型的实验分析
  • 2.3 测地活动轮廓模型
  • 2.3.1 测地活动轮廓模型能量函数
  • 2.3.2 水平集方法
  • 2.3.3 测地活动轮廓模型的水平集形式
  • 2.3.4 测地活动轮廓模型的实验分析
  • 2.4 本章小结
  • 3 形状统计活动轮廓模型
  • 3.1 形状学习
  • 3.1.1 形状的表示
  • 3.1.2 形状的配准
  • 3.1.3 形状统计模型的建立
  • 3.2 形状统计活动轮廓能量模型
  • 3.3 水平集数值实现
  • 3.4 实验评价标准
  • 3.5 实验设计和结果分析
  • 3.6 本章小结
  • 4 胸部CT 图片的分割
  • 4.1 图像格式的转换
  • 4.2 图像增强
  • 4.3 区域生长的肺区分割
  • 4.4 缺损肺区的修补
  • 4.4.1 滚球法的肺区修补
  • 4.4.2 形状统计活动轮廓的肺区修补
  • 4.5 肺区分割的实验结果和分析
  • 4.5.1 区域生长的肺区分割实验
  • 4.5.2 滚球法的肺区修补实验
  • 4.5.3 形状统计活动轮廓的肺区修补实验
  • 4.6 本章小结
  • 5 胸部CT 图像分割系统实现
  • 5.1 总体构架
  • 5.2 相关开发工具
  • 5.2.1 Cmake
  • 5.2.2 ITK
  • 5.2.3 FLTK
  • 5.3 系统开发界面
  • 5.4 本章小结
  • 6 总结及展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 相关论文文献

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