基于形态学的气道特征提取方法技术

本发明专利技术公开一种基于形态学的气道特征提取方法。本发明专利技术的实现步骤是：使用气道分割方法从胸部医学图像中分割气道，获得包含有所有气道段气道分割图；采用气道细化算法来确定气道分割图中每个气道段的中心线，得到每个气道段中心线的所有离散点的三维坐标；在每个气道段中心线上每个离散点处对气道分割图进行截取，取得所有气道段上所有离散点的横断面图；从气道横断面中提取气道长轴长度、短轴长度、面积、等效直径、离心率和轴比，并获取每个气道段中每个气道形态特征的均值与标准差。本发明专利技术通过获得更加真实、更加准确的气道中心线，得到更加完整、更加全面、更加丰富、更加立体的气道形态特征。道形态特征。道形态特征。

【技术实现步骤摘要】
基于形态学的气道特征提取方法


[0001]本专利技术属于图像处理
，更进一步涉及医学图像处理
中一种基于形态学的气道特征提取方法。本专利技术可用于从人体胸部医学图像中分割气道，根据由气道分割图确定的气道中心线来截取气道横断面，据此，提取每个气道横断面的气道形态特征。

技术介绍

[0002]气道形态特征提取涉及四大主要步骤，包括从胸部医学图像中分割气道、确定气道中心线、根据气道中心线走向截取气道横断面以及从横断面中获得气道形态特征。由于人体气道具有非常复杂的三维树形结构，直接从电子计算机断层扫描CT(Computed Tomography)图像、核磁共振MRI(Magnetic Resonance Imaging)图像的胸部医学图像的横断位对气道的形态进行观察分析是不准确的。目前，从胸部医学图像中分割气道的方法，主要是根据气道中心线来对分割出来的气道进行截取，从截取的气道横断面中提取真实的、准确的特征，达到观测气道真实形态的目的。
[0003]重庆医科大学附属第一医院在其申请的专利文献“气道形态学参数定量获取方法、装置、气道支架设计方法”(申请日：2021年12月20日，申请号：202111562978.3，申请公布号：CN 114010216 A)中公开了一种利用胸部CT图像对气管树形态学参数进行定量测量的方法。该方法的实现步骤是：首先，对胸部CT图像进行断面切割，将支气管树分割为多个横截面；然后，对多个横截面进行中心线拟合，确定各支气管的三维中心线；接着根据三维中心线和横截面建立支气管树模型；然后确定支气管树上多个气管分枝的分枝夹角；接着在支气管树上确定远端点和近端点，并将远端点和近端点之间的支气管设为测量段；最后，在测量段的三维中心线上选取测量点，并获取测量点处的形态学参数值。所述形态学参数值包括：多个测量点对应正交截面的管腔内径、管腔面积；测量段的长度以及管腔容积。该方法旨在优化气道支架置入技术，通过对胸部CT图像进行上述步骤可获取气道形态学相关参数。但是，该方法仍然存在不足之处有三点：其一，该方法简单的通过以支气管横截面中心来拟合气道中心线，导致获取的气道中心线不准确，特别是在气道分叉处，会造成气道中心变化率大、不连续。其二，该方法仅在部分测量段上选取部分测量点来进行形态学相关参数的提取，并非在完整气道段上进行，导致特征的提取不完整。其三，该方法仅观测几个测量点的形态学参数值，导致缺少对气道段连续性形态的提取。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种基于形态学的气道特征提取方法。用于解决气道中心线获取不准确，特征提取不完整，缺少对气道段连续性形态提取的问题。
[0005]实现本专利技术目的的思路是，本专利技术从胸部医学图像中分割气道，通过气道细化算法来确定气道中心线，所确定的中心线保留了气道的基本形状与拓扑信息，能够反映真实的气道走向，并且在气道分叉处依然能够保持很好的连贯性。本专利技术在中心线上每个离散
点位处截取气道横断面，而不是人为选定某一个气道测量段的某几个测量点处进行气道横断面的截取，确保气道特征提取的完整性。本专利技术从每个气道段的所有气道横断面提取气道形态特征，并计算每个气道段横断面的长轴长度的均值和标准差、短轴长度的均值和标准差、面积的均值和标准差、等效直径的均值和标准差、离心率的均值和标准差、轴比的均值和标准差。由于人体气道横断面具有类圆/椭圆的结构，因此能够表征圆/椭圆的长轴长度、短轴长度、面积、等效直径、离心率和轴比成为了描述气道形态最合适的特征。在各个气道段上计算气道形态特征的均值与方差，而不是仅仅观测单独几个气道横断面的形态特征值，为对气道连续性形态的分析提供了可靠的图像依据。
[0006]本专利技术包括如下步骤：
[0007]步骤1，生成气道分割图：
[0008]利用气道分割方法，分割每张胸部医学图像中的气道，得到一张包含所有气道段的气道分割图；
[0009]步骤2，确定气道分割图中每个气道段的中心线：
[0010]采用气道细化算法，确定气道分割图中每个气道段的中心线，得到每个气道段中心线的所有离散点的三维坐标；
[0011]步骤3，重建每个气道段的横断面图：
[0012]计算每个气道段中心线上每个离散点处的切向量，根据切向量的法平面截取每个气道段中心线上每个离散点处的断面，将每个气道段所有离散点处的断面重建成该气道段的横断面图；
[0013]步骤4，计算每个气道横断面的气道形态特征：
[0014]提取每个气道横断面的气道形态特征，并计算每个气道段横断面的长轴长度的均值和标准差、短轴长度的均值和标准差、面积的均值和标准差、等效直径的均值和标准差、离心率的均值和标准差、轴比的均值和标准差。
[0015]与现有的技术相比本专利技术具有以下优点：
[0016]第一，由于本专利技术通过气道细化算法来确定气道中心线，克服了现有技术通过支气管横截面中心来拟合气道中心线的不足，使得本专利技术可获得更加真实、更加准确的气道中心线。
[0017]第二，本专利技术在中心线上每个离散点位上对气道段截取气道横断面，克服了现有技术选取部分测量点来进行形态特征提取的不足，使得本专利技术可获得更加完整、更加全面的气道形态特征。
[0018]第二，本专利技术在横断面提取气道形态特征后在计算各个气道段上气道形态特征的均值与标准差，克服了现有技术仅在单一测量点对形态参数进行观测的不足，使得本专利技术可获得更加丰富、更加立体的气道形态特征。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的流程图；
[0020]图2是本专利技术气道分割的结果示意图；
[0021]图3是本专利技术确定的气道中心线示意图；
[0022]图4是本专利技术截取横断面的示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。
[0024]参照附图1，对本专利技术实施例的实现步骤做进一步的详细描述。
[0025]步骤1，分割胸部医学图像中的气道段。
[0026]利用气道分割方法，分割每张胸部医学图像中的气道，得到一张包含所有气道段的气道分割图。
[0027]所述的气道分割方法指的是，采用纯手动标记、基于阈值分割的方法、基于区域生长的方法和基于深度学习的方法中的任意一种。
[0028]本专利技术的实施例中仅对1名3岁儿童的250张胸部CT图像进行分割，每张胸部CT图像的格式均为.dcm。本专利技术的实施例使用基于阈值的分割方法，利用3D Slicer软件以
‑
850HU为阈值，仅对该儿童的胸部CT图像中的主气道、左主支气道和右主支气道这3个气道段进行图像分割。对存在分割泄漏的分割后的图像进行修剪。将所有分割后的图合并成一张包含有主气道、左主支气道和右主支气道的大小为512
×
512
×
250的格式为.nii的气道分割图，如附图2所示。
[0029]步骤2，确定气道分割图像中各个气道段的中心线。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学的气道特征提取方法，其特征在于，从气道分割图中确定每个气道段的中心线，在每个气道段的中心线离散点上截取气道横断面，提取每个气道横断面的气道形态特征；该气道特征提取的步骤包括如下：步骤1，生成气道分割图：利用气道分割方法，分割每张胸部医学图像中的气道，得到一张包含所有气道段的气道分割图；步骤2，确定气道分割图中每个气道段的中心线：采用气道细化算法，确定气道分割图中每个气道段的中心线，得到每个气道段中心线的所有离散点的三维坐标；步骤3，重建每个气道段的横断面图：计算每个气道段中心线上每个离散点处的切向量，根据切向量的法平面截取每个气道段中心线上每个离散点处的断面，将每个气道段所有离散点处的断面重建成该气道段的横断面图；步骤4，计算每个气道横断面的气道形态特征：提取每个气道横断面的气道形态特征，并计算每个气道段横断面的长轴长度的均值和标准差、短轴长度的均值和标...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝跃文，李楠，马超宗，余静，王焕志，刘继欣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：