基于三維圖像分析的肺結(jié)節(jié)檢測(cè)算法研究與CAD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).pdf

1、根據(jù)世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的報(bào)告，肺癌死亡率已經(jīng)上升為世界上最高的癌癥死亡率，如果肺癌能在早期被診斷和治療，其5年生存率將從14％上升到49％。隨著低劑量的多層螺旋CT出現(xiàn)，醫(yī)生需要處理的圖像信息急劇增加，從而增加了漏診和誤診的幾率。本文的目的就是研發(fā)一種基于CT圖像的肺癌計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)和診斷(Computer-aided Detection and Diagnosis，CAD)系統(tǒng)，

2、能夠?qū)Ψ尾緾T圖像進(jìn)行自動(dòng)分析，并且給醫(yī)生提供疑似肺結(jié)節(jié)的位置，從而提高肺癌的診斷質(zhì)量和診斷效率。
　　在醫(yī)學(xué)診斷中，采用包含豐富信息的三維(Three-dimensional，3D)圖像數(shù)據(jù)代替簡(jiǎn)單的二維(Two-dimensional，2D)圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，所以本文用3D圖像數(shù)據(jù)代替2D圖像數(shù)據(jù)對(duì)肺部CT圖像進(jìn)行研究。醫(yī)學(xué)圖像三維重建是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)問題，但是重建數(shù)據(jù)量之大，重建過程之慢，使用硬

3、件加速已經(jīng)是三維重建的必然發(fā)展趨勢(shì)，所以本文使用可編程圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)對(duì)三維重建進(jìn)行加速，以達(dá)到實(shí)時(shí)繪制的目的。
　　本文針對(duì)肺癌CAD系統(tǒng)里的關(guān)鍵算法進(jìn)行研究，主要工作包括四個(gè)方面:
　　(1)提出了一種簡(jiǎn)單有效的三維肺實(shí)質(zhì)的分割方法，首先使用中值濾波對(duì)低劑量肺部CT圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后使用迭代閾值對(duì)CT圖像進(jìn)行二值化，再利用三維連通域標(biāo)記去除背景及細(xì)小空洞。之后，經(jīng)三維

4、區(qū)域生長法去除氣管，再利用中心定位法實(shí)現(xiàn)左右肺分離。最后通過改進(jìn)的鏈碼法，修補(bǔ)被腐蝕的肺邊緣區(qū)域以獲得完整的肺實(shí)質(zhì)圖像。
　　(2)分析結(jié)節(jié)在三維空間中的特征，對(duì)肺部CT圖像進(jìn)行反幾何擴(kuò)散，然后計(jì)算肺實(shí)質(zhì)上每個(gè)像素的形狀指數(shù)(Shape Index，SI)值，然后通過Hessian矩陣對(duì)圖像進(jìn)行多尺度增強(qiáng)濾波，去除假陽性的疑似肺結(jié)節(jié)，再通過自適應(yīng)閾值和高斯分布與馬爾可夫吉布斯隨機(jī)場(chǎng)結(jié)合的方法精確地分割出完整的疑似肺結(jié)節(jié)，最后提取疑

5、似肺結(jié)節(jié)的二維和三維特征，便于進(jìn)一步的特征分類計(jì)算。
　　(3)本文通過改進(jìn)傳統(tǒng)的光線投射算法，研究基于GPU加速的光線投射算法，針對(duì)光線投射算法中光線遍歷體數(shù)據(jù)較為耗時(shí)的情況，引入基于“厚板”的光線與包圍盒求交計(jì)算，通過在圖形處理器上的并行執(zhí)行，從而得到每條光線的進(jìn)入點(diǎn)和離開點(diǎn)，最后采用從前往后的顏色累積運(yùn)算，得到可以實(shí)時(shí)顯示的三維圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文的算法可以極大提高繪制速度和繪制精度。
　　(4)設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)肺癌CA

6、D系統(tǒng)，它可以處理醫(yī)學(xué)影像特有的DICOM（Digital Image and Communications inMedicine)格式的圖像數(shù)據(jù)，并顯示病人的信息，本系統(tǒng)將肺實(shí)質(zhì)分割、ROI區(qū)域提取、特征提取、肺結(jié)節(jié)檢測(cè)、三維重建以及數(shù)據(jù)庫等CAD關(guān)鍵技術(shù)融為一體，通過友好的界面滿足實(shí)際應(yīng)用需要，并且還留有肺功能評(píng)估、三維血管分割和基于醫(yī)學(xué)圖像內(nèi)容檢索的擴(kuò)展接口，方便日后對(duì)本文的CAD系統(tǒng)升級(jí)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的三維