從胸部ct圖像提取氣管的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及計(jì)算機(jī)斷層掃描（ComputerizedTomography,CT)圖像的處理，尤 其涉及一種從胸部CT圖像提取氣管的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（ComputerizedTomography，簡(jiǎn)稱CT)是一種基于不同物質(zhì) 對(duì)于射線具有不同的衰減性質(zhì)的放射診斷技術(shù)。CT用放射線從各方向照射被測(cè)物體，測(cè)量 穿過(guò)物體的射線強(qiáng)度，并通過(guò)一定的重建算法計(jì)算出物體內(nèi)部各點(diǎn)物質(zhì)對(duì)于射線的線性衰 減系數(shù)，從而得到被測(cè)物體的斷層圖像的放射診斷技術(shù)。CT重建的斷層圖像具有無(wú)影像重 疊、密度和空間分辨率高等優(yōu)勢(shì)，因而一出現(xiàn)便作為醫(yī)療無(wú)損害診斷技術(shù)而備受關(guān)注。
[0003] CT技術(shù)可以針對(duì)腦部、胸、腹、脊柱及四肢等人體部位進(jìn)行掃描，其掃描圖像用于 疾病的輔助分析?；谛夭緾T掃描圖像的氣管分割對(duì)許多肺部疾病的分析有著重要的 作用，如慢性阻塞性肺疾?。–hronicObstructivePulmonaryDisease,C0PD)。同時(shí)，氣 管分割結(jié)果可以作為肺和肺葉分割的有效輸入，并且是進(jìn)行虛擬支氣管鏡檢查（Virtual Bronchoscopy)的前提條件。
[0004]目前很多氣管自動(dòng)提取的方法都是基于區(qū)域增長(zhǎng)，這類方法沒(méi)有利用氣管的形狀 尺寸信息，其缺點(diǎn)是分割結(jié)果很容易泄漏到肺實(shí)質(zhì)。基于形態(tài)學(xué)的方法使用一系列的濾波 器對(duì)圖像處理來(lái)選取可能屬于氣管的區(qū)域，最后通過(guò)重建的方法得到分割結(jié)果，這類方法 的分割效果相對(duì)區(qū)域增長(zhǎng)的方法更優(yōu)，但代價(jià)是運(yùn)行時(shí)間較慢，且對(duì)末梢氣管的提取效果 不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種從胸部CT圖像提取氣管的方法和裝置，能 夠快速、魯棒地提取氣管區(qū)域。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種從胸部CT圖像提取氣管的方法，包括以 下步驟：從該胸部CT圖像提取低級(jí)氣管；在該低級(jí)氣管的基礎(chǔ)上，利用基于能量函數(shù)的三 維重建方法提取末梢氣管；以及融合該低級(jí)氣管和該末梢氣管，得到氣管提取結(jié)果。
[0007] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，從該胸部CT圖像提取低級(jí)氣管的方法包括基于區(qū)域增 長(zhǎng)和基于形態(tài)學(xué)的任一種方法。
[0008] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該區(qū)域增長(zhǎng)為灰度特性區(qū)域增長(zhǎng)，其判決條件為：對(duì)于與 種子點(diǎn)相鄰的體素P，若P的HU值小于第一閾值，且P的26鄰域內(nèi)所有單個(gè)體素的HU值與 P的HU值的差值都小于第二閾值，則體素p屬于氣管，該第一閾值表征氣管內(nèi)體素的HU值 上限，該第二閾值表征氣管內(nèi)體素與周圍體素的HU值差異上限。
[0009] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，根據(jù)體素在不同 狀態(tài)下的生長(zhǎng)勢(shì)能，判斷該體素是否屬于末梢氣管。
[0010] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，在每次迭代過(guò)程 中計(jì)算體素生長(zhǎng)勢(shì)能時(shí)，調(diào)整用于將生長(zhǎng)限制在氣管腔內(nèi)的加權(quán)項(xiàng)的權(quán)重，使迭代保持收 斂。
[0011] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，計(jì)算每次迭代生 長(zhǎng)得到的末梢氣管區(qū)域內(nèi)的多個(gè)連通域中每個(gè)連通域的體積和半徑，若體積或半徑大于設(shè) 定的閾值，則認(rèn)為屬于泄漏，將該連通域從這次迭代生長(zhǎng)的結(jié)果中剔除。
[0012] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該基于能量函數(shù)的三維重建方法包括以下步驟：a.初始 化第一體素集合為低級(jí)氣管分割結(jié)果，且初始化迭代次數(shù)和生長(zhǎng)勢(shì)能的三個(gè)加權(quán)項(xiàng)各自對(duì) 應(yīng)的第一至第三權(quán)重，該三個(gè)加權(quán)項(xiàng)包括支持徑向方向生長(zhǎng)的第一加權(quán)項(xiàng)、支持末梢遠(yuǎn)端 方向生長(zhǎng)的第二加權(quán)項(xiàng)和將生長(zhǎng)限制在氣管腔內(nèi)的第三加權(quán)項(xiàng)；b.初始化第二體素集合 為空集；c.對(duì)于每一個(gè)與該第一體素集合中任一個(gè)體素相鄰的體素，依照該第三至第三加 權(quán)項(xiàng)及第一至第三權(quán)重計(jì)算生長(zhǎng)勢(shì)能；d.比較該生長(zhǎng)勢(shì)能在屬于末梢氣管的第一狀態(tài)和 不屬于末梢氣管的第二狀態(tài)下的值，如果第一狀態(tài)下的值大于第二狀態(tài)下的值，則進(jìn)入步 驟e，否則進(jìn)入步驟將該相鄰的體素壓入該第二體素集合；f.判斷是否遍歷所有與第 一體素集合中任一體素相鄰的體素，如果是則進(jìn)入步驟g，否則返回步驟c;g.判斷該第二 體素集合中包含的體素個(gè)數(shù)是否大于該第一體素集合中包含的體素，如果是則清空該第二 體素集合，返回該步驟c，否則進(jìn)入步驟h;h.將該第二體素集合中的體素加入末梢氣管分 割結(jié)果；i.將該第二體素集合賦值為該第一體素集合，且令該迭代次數(shù)加一；j.判斷是否 該第一體素集合非空且該迭代次數(shù)小于閾值，如果是則返回步驟b，否則進(jìn)入步驟k;以及 k.結(jié)束迭代過(guò)程，得到末梢氣管分割結(jié)果。
[0013] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該基于能量函數(shù)的三維重建方法在步驟g和步驟h之 間還包括：1.找到該第二體素集合中的所有連通域，對(duì)于該連通域中的每一個(gè)單獨(dú)的連通 域，計(jì)算半徑；m.當(dāng)判斷各單獨(dú)的連通域中包含的體素個(gè)數(shù)或半徑是否大于閾值，如果是 則進(jìn)入步驟n，否則直接進(jìn)入步驟h;n.將該單獨(dú)的連通域中的體素從該第二體素集合中去 除。
[0014] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該步驟b還包括：重置第三權(quán)重為步驟a的初始值，且該 步驟f?中，在該第二體素集合中包含的體素個(gè)數(shù)大于該第一體素集合中包含的體素時(shí)還包 括調(diào)整該第三權(quán)重。
[0015] 本發(fā)明還提出一種從胸部CT圖像提取氣管的裝置，包括第一模塊、第二模塊和第 三模塊。第一模塊用于從該胸部CT圖像提取低級(jí)氣管。第二模塊用于在該低級(jí)氣管的基 礎(chǔ)上，利用基于能量函數(shù)的三維重建方法提取末梢氣管。第三模塊用于融合該低級(jí)氣管和 該末梢氣管，得到氣管提取結(jié)果。
[0016] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第一模塊使用基于區(qū)域增長(zhǎng)或基于形態(tài)學(xué)的方法從該 胸部CT圖像提取低級(jí)氣管。
[0017] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該區(qū)域增長(zhǎng)的判決條件為：對(duì)于與種子點(diǎn)相鄰的體素p， 若P的HU值小于第一閾值，且p的26鄰域內(nèi)所有單個(gè)體素的HU值與p的HU值的差值都 小于第二閾值，則體素P屬于氣管，該第一閾值表征氣管內(nèi)體素的HU值上限，該第二閾值表 征氣管內(nèi)體素與周圍體素的HU值差異上限。
[0018] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二模塊在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，根據(jù) 體素在不同狀態(tài)下的生長(zhǎng)勢(shì)能，判斷該體素是否屬于末梢氣管。
[0019] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二模塊在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，在每 次迭代過(guò)程中計(jì)算體素生長(zhǎng)勢(shì)能時(shí)，調(diào)整用于將生長(zhǎng)限制在氣管腔內(nèi)的加權(quán)項(xiàng)的權(quán)重，使 迭代保持收斂。
[0020] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二模塊在該基于能量函數(shù)的三維重建方法中，計(jì)算 每次迭代生長(zhǎng)得到的末梢氣管區(qū)域內(nèi)的多個(gè)連通域中每個(gè)連通域的體積和半徑，若體積或 半徑大于一閾值，則認(rèn)為屬于泄漏，將該連通域從這次迭代生長(zhǎng)的結(jié)果中剔除。
[0021] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該第二模塊進(jìn)行基于能量函數(shù)的三維重建方法的流程包 括：a.初始化第一體素集合為低級(jí)氣管分割結(jié)果，且初始化迭代次數(shù)和生長(zhǎng)勢(shì)能的三個(gè)加 權(quán)項(xiàng)各自對(duì)應(yīng)的第一至第三權(quán)重，該三個(gè)加權(quán)項(xiàng)包括支持徑向方向生長(zhǎng)的第一加權(quán)項(xiàng)、支 持末梢遠(yuǎn)端方向生長(zhǎng)的第二加權(quán)項(xiàng)和將生長(zhǎng)限制在氣管腔內(nèi)的第三加權(quán)項(xiàng)；b.初始化第 二體素集合為空集；c.對(duì)于每一個(gè)與該第一體素集合中任一個(gè)體素相鄰的體素，依照該第 三至第三加權(quán)項(xiàng)及第一至第三權(quán)重計(jì)算生長(zhǎng)勢(shì)能；d.比較該生長(zhǎng)勢(shì)能在屬于末梢氣管的 第一狀態(tài)和不屬于末梢氣管的第二狀態(tài)下的值，如果第一狀態(tài)下的值大于第二狀態(tài)下的 值，則進(jìn)入步驟e，否則進(jìn)入步驟f;e.將該相鄰的體素壓入該第二體素集合；f.判斷是否 遍歷所有與第一體素集合中任一體素相鄰的體素，如果是則進(jìn)入步驟g，否則返回步驟c; g.判斷該第二體素集合中包含的體素個(gè)數(shù)是否大于該第