从胸部CT图像提取气管的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种从胸部CT图像提取气管的方法和装置。该方法包括以下步骤：从该胸部CT图像提取低级气管；在该低级气管的基础上，利用基于能量函数的三维重建方法提取末梢气管；以及融合该低级气管和该末梢气管，得到气管提取结果。与现有技术相比，本发明专利技术的从胸部CT图像提取气管的方法和装置充分考虑了低级气管和末梢气管在结构和灰度特性上的不同，分别使用两种不同的策略来提取不同级别的气管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及计算机断层扫描（ComputerizedTomography,CT)图像的处理，尤 其涉及一种从胸部CT图像提取气管的方法和装置。
技术介绍
计算机断层扫描技术（ComputerizedTomography，简称CT)是一种基于不同物质 对于射线具有不同的衰减性质的放射诊断技术。CT用放射线从各方向照射被测物体，测量 穿过物体的射线强度，并通过一定的重建算法计算出物体内部各点物质对于射线的线性衰 减系数，从而得到被测物体的断层图像的放射诊断技术。CT重建的断层图像具有无影像重 叠、密度和空间分辨率高等优势，因而一出现便作为医疗无损害诊断技术而备受关注。 CT技术可以针对脑部、胸、腹、脊柱及四肢等人体部位进行扫描，其扫描图像用于 疾病的辅助分析。基于胸部CT扫描图像的气管分割对许多肺部疾病的分析有着重要的 作用，如慢性阻塞性肺疾病（ChronicObstructivePulmonaryDisease,C0PD)。同时，气 管分割结果可以作为肺和肺叶分割的有效输入，并且是进行虚拟支气管镜检查（Virtual Bronchoscopy)的前提条件。目前很多气管自动提取的方法都是基于区域增长，这类方法没有利用气管的形状 尺寸信息，其缺点是分割结果很容易泄漏到肺实质。基于形态学的方法使用一系列的滤波 器对图像处理来选取可能属于气管的区域，最后通过重建的方法得到分割结果，这类方法 的分割效果相对区域增长的方法更优，但代价是运行时间较慢，且对末梢气管的提取效果 不佳。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种从胸部CT图像提取气管的方法和装置，能 够快速、鲁棒地提取气管区域。 为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种从胸部CT图像提取气管的方法，包括以 下步骤：从该胸部CT图像提取低级气管；在该低级气管的基础上，利用基于能量函数的三 维重建方法提取末梢气管；以及融合该低级气管和该末梢气管，得到气管提取结果。 在本专利技术的一实施例中，从该胸部CT图像提取低级气管的方法包括基于区域增 长和基于形态学的任一种方法。 在本专利技术的一实施例中，该区域增长为灰度特性区域增长，其判决条件为：对于与 种子点相邻的体素P，若P的HU值小于第一阈值，且P的26邻域内所有单个体素的HU值与 P的HU值的差值都小于第二阈值，则体素p属于气管，该第一阈值表征气管内体素的HU值 上限，该第二阈值表征气管内体素与周围体素的HU值差异上限。 在本专利技术的一实施例中，在该基于能量函数的三维重建方法中，根据体素在不同 状态下的生长势能，判断该体素是否属于末梢气管。 在本专利技术的一实施例中，在该基于能量函数的三维重建方法中，在每次迭代过程 中计算体素生长势能时，调整用于将生长限制在气管腔内的加权项的权重，使迭代保持收 敛。 在本专利技术的一实施例中，在该基于能量函数的三维重建方法中，计算每次迭代生 长得到的末梢气管区域内的多个连通域中每个连通域的体积和半径，若体积或半径大于设 定的阈值，则认为属于泄漏，将该连通域从这次迭代生长的结果中剔除。 在本专利技术的一实施例中，该基于能量函数的三维重建方法包括以下步骤：a.初始 化第一体素集合为低级气管分割结果，且初始化迭代次数和生长势能的三个加权项各自对 应的第一至第三权重，该三个加权项包括支持径向方向生长的第一加权项、支持末梢远端 方向生长的第二加权项和将生长限制在气管腔内的第三加权项；b.初始化第二体素集合 为空集；c.对于每一个与该第一体素集合中任一个体素相邻的体素，依照该第三至第三加 权项及第一至第三权重计算生长势能；d.比较该生长势能在属于末梢气管的第一状态和 不属于末梢气管的第二状态下的值，如果第一状态下的值大于第二状态下的值，则进入步 骤e，否则进入步骤将该相邻的体素压入该第二体素集合；f.判断是否遍历所有与第 一体素集合中任一体素相邻的体素，如果是则进入步骤g，否则返回步骤c;g.判断该第二 体素集合中包含的体素个数是否大于该第一体素集合中包含的体素，如果是则清空该第二 体素集合，返回该步骤c，否则进入步骤h;h.将该第二体素集合中的体素加入末梢气管分 割结果；i.将该第二体素集合赋值为该第一体素集合，且令该迭代次数加一；j.判断是否 该第一体素集合非空且该迭代次数小于阈值，如果是则返回步骤b，否则进入步骤k;以及 k.结束迭代过程，得到末梢气管分割结果。 在本专利技术的一实施例中，该基于能量函数的三维重建方法在步骤g和步骤h之 间还包括：1.找到该第二体素集合中的所有连通域，对于该连通域中的每一个单独的连通 域，计算半径；m.当判断各单独的连通域中包含的体素个数或半径是否大于阈值，如果是 则进入步骤n，否则直接进入步骤h;n.将该单独的连通域中的体素从该第二体素集合中去 除。 在本专利技术的一实施例中，该步骤b还包括：重置第三权重为步骤a的初始值，且该 步骤f?中，在该第二体素集合中包含的体素个数大于该第一体素集合中包含的体素时还包 括调整该第三权重。 本专利技术还提出一种从胸部CT图像提取气管的装置，包括第一模块、第二模块和第 三模块。第一模块用于从该胸部CT图像提取低级气管。第二模块用于在该低级气管的基 础上，利用基于能量函数的三维重建方法提取末梢气管。第三模块用于融合该低级气管和 该末梢气管，得到气管提取结果。 在本专利技术的一实施例中，该第一模块使用基于区域增长或基于形态学的方法从该 胸部CT图像提取低级气管。 在本专利技术的一实施例中，该区域增长的判决条件为：对于与种子点相邻的体素p， 若P的HU值小于第一阈值，且p的26邻域内所有单个体素的HU值与p的HU值的差值都 小于第二阈值，则体素P属于气管，该第一阈值表征气管内体素的HU值上限，该第二阈值表 征气管内体素与周围体素的HU值差异上限。 在本专利技术的一实施例中，该第二模块在该基于能量函数的三维重建方法中，根据 体素在不同状态下的生长势能，判断该体素是否属于末梢气管。 在本专利技术的一实施例中，该第二模块在该基于能量函数的三维重建方法中，在每 次迭代过程中计算体素生长势能时，调整用于将生长限制在气管腔内的加权项的权重，使 迭代保持收敛。 在本专利技术的一实施例中，该第二模块在该基于能量函数的三维重建方法中，计算 每次迭代生长得到的末梢气管区域内的多个连通域中每个连通域的体积和半径，若体积或 半径大于一阈值，则认为属于泄漏，将该连通域从这次迭代生长的结果中剔除。 在本专利技术的一实施例中，该第二模块进行基于能量函数的三维重建方法的流程包 括：a.初始化第一体素集合为低级气管分割结果，且初始化迭代次数和生长势能的三个加 权项各自对应的第一至第三权重，该三个加权项包括支持径向方向生长的第一加权项、支 持末梢远端方向生长的第二加权项和将生长限制在气管腔内的第三加权项；b.初始化第 二体素集合为空集；c.对于每一个与该第一体素集合中任一个体素相邻的体素，依照该第 三至第三加权项及第一至第三权重计算生长势能；d.比较该生长势能在属于末梢气管的 第一状态和不属于末梢气管的第二状态下的值，如果第一状态下的值大于第二状态下的 值，则进入步骤e，否则进入步骤f;e.将该相邻的体素压入该第二体素集合；f.判断是否 遍历所有与第一体素集合中任一体素相邻的体素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从胸部CT图像提取气管的方法，包括以下步骤：从胸部CT图像提取低级气管；在该低级气管的基础上，利用基于能量函数的三维重建方法提取末梢气管；以及融合该低级气管和该末梢气管，得到气管提取结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立龙，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31