基于模型觀測(cè)器的CT圖像病灶檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究.pdf

1、如今，現(xiàn)代信息技術(shù)推動(dòng)著醫(yī)療成像技術(shù)快速發(fā)展，使得新的成像方法和圖像處理方法不斷涌現(xiàn)。醫(yī)學(xué)圖像正逐漸成為臨床醫(yī)學(xué)研究診療的非常重要依據(jù)。雖然如此，計(jì)算機(jī)斷層成像(Computed Tomography，簡(jiǎn)稱(chēng)CT)作為最早出現(xiàn)的成像技術(shù)由于準(zhǔn)確性高、價(jià)格低、無(wú)創(chuàng)傷等優(yōu)點(diǎn)使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍然非常廣泛。醫(yī)學(xué)圖像的應(yīng)用領(lǐng)域決定了其必須具有高質(zhì)量的屬性，因此醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量需要更加合理的方法來(lái)評(píng)價(jià)。深入研究醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)于如何提高醫(yī)學(xué)圖像

2、質(zhì)量、檢驗(yàn)和改進(jìn)醫(yī)學(xué)圖像處理算法具有非常重要的意義。
　　由于醫(yī)學(xué)圖像的最終使用者是醫(yī)生，因此醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量最可靠的評(píng)價(jià)方法就是臨床醫(yī)生的主觀評(píng)價(jià)。然而醫(yī)學(xué)圖像主觀評(píng)價(jià)存在耗時(shí)長(zhǎng)、代價(jià)大、實(shí)時(shí)性差、易受主客觀因素的影響等缺點(diǎn)?？墒莻鹘y(tǒng)醫(yī)學(xué)圖像客觀評(píng)價(jià)方法主要借鑒一般自然圖像評(píng)價(jià)方法，譬如峰值信噪比等，這類(lèi)基于灰度差異模型的方法雖然計(jì)算簡(jiǎn)單但是不能很好的滿(mǎn)足醫(yī)生的診斷需求——檢測(cè)醫(yī)學(xué)圖像中的病灶或者檢測(cè)病灶的位置等等。因此人們提出了一

3、種更適用于醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的方法——基于任務(wù)的模型觀測(cè)器評(píng)價(jià)方法。模型觀測(cè)器是一個(gè)以觀測(cè)到的醫(yī)學(xué)圖像為自變量、以測(cè)試統(tǒng)計(jì)量為因變量的函數(shù)。根據(jù)計(jì)算得到的測(cè)試統(tǒng)計(jì)量與給定的閾值進(jìn)行比較就可以判斷圖像中是否含有病灶。
　　本文主要研究了基于模型觀測(cè)器的CT圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。首先介紹了醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的研究背景，簡(jiǎn)單回顧了醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的當(dāng)前研究現(xiàn)狀。然后介紹了基于模型觀測(cè)器的醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)中所用的數(shù)學(xué)模型，并介紹了一些常用的評(píng)價(jià)模型觀測(cè)器檢測(cè)

4、性能的方法。同時(shí)也介紹了人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)的相關(guān)視覺(jué)特點(diǎn)以及一些經(jīng)典的人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)模型，這些能夠?yàn)楸狙芯抗ぷ髦惺褂靡曈X(jué)感知模型定位病灶提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)腹部CT圖像中病灶的形態(tài)學(xué)特征，本文提出用減性橢圓信號(hào)來(lái)模擬腹部CT圖像中的病灶，并重新定義腹部CT圖像中的病灶檢測(cè)模型。然后重點(diǎn)研究了LuZhang等提出的用于檢測(cè)和估計(jì)MRI圖像中振幅、大小和方向都未知的加性信號(hào)的通道化聯(lián)合檢測(cè)與估計(jì)模型觀測(cè)器（Channelized J

5、oint detection and estimation Observer，簡(jiǎn)稱(chēng)CJO）。通過(guò)擴(kuò)展該觀測(cè)器并將其用于模擬相關(guān)高斯背景和腹部CT圖像中減性病灶檢測(cè)，并評(píng)估其檢測(cè)和估計(jì)性能。實(shí)驗(yàn)表明，擴(kuò)展的CJO對(duì)于減性信號(hào)統(tǒng)計(jì)已知的檢測(cè)和估計(jì)任務(wù)具有很好的性能。
　　最后考慮臨床上很真實(shí)但是更為復(fù)雜的情況:被測(cè)試的腹部CT圖像中含有多個(gè)病灶，且觀測(cè)者并不知道病灶的振幅、方向和大小，且對(duì)CT圖像中病灶個(gè)數(shù)也是未知的。為解決這種問(wèn)題，

6、本文參照Lu Zhang在感知相關(guān)聯(lián)合觀測(cè)器(Perceptually relevant CJO，簡(jiǎn)稱(chēng)PCJO)中的做法，引入視覺(jué)感知模型到擴(kuò)展的CJO中來(lái)檢測(cè)腹部CT圖像中病灶的位置。在實(shí)驗(yàn)中采用擴(kuò)展的PCJO觀測(cè)器診斷腹部CT圖像中的病灶。為了檢驗(yàn)擴(kuò)展的PCJO觀測(cè)器的性能，本文將醫(yī)生在自由響應(yīng)情況下的主觀病灶診斷的結(jié)果與擴(kuò)展的PCJO觀測(cè)器診斷結(jié)果相比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在選擇合適閾值以及合適通道的情況下，擴(kuò)展的PCJO的診斷結(jié)果與