基于三維CT圖像的骨表面檢測(cè)方法的研究.pdf

1、在現(xiàn)代的外科手術(shù)中，很多時(shí)候都需要對(duì)CT圖像中手術(shù)的目標(biāo)器官或組織進(jìn)行精準(zhǔn)的定位和分割，從而保證手術(shù)在盡可能少的傷害病人其他組織的情況下順利完成。而在這當(dāng)中，骨的分割既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。原來對(duì)CT圖像的分割工作，都需要醫(yī)生手動(dòng)完成，這無(wú)疑是巨大的工作量。本課題的主要研究?jī)?nèi)容就是基于三維CT圖像的骨表面檢測(cè)算法，旨在用計(jì)算機(jī)來幫助醫(yī)生對(duì)CT圖像中的骨進(jìn)行分割，在保證精度的同時(shí)將醫(yī)生從如此繁重的工作中解脫出來。
　　本文提出了一種基于區(qū)

2、域和基于表面相結(jié)合的分割方法，首先通過閾值以及統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)方法來獲取一個(gè)初始區(qū)域，進(jìn)而獲得初始表面；然后計(jì)算初始表面體素的法線方向；最后，以初始表面體素為中心，沿著法線方向，建立一維信號(hào)，進(jìn)行表面檢測(cè)，校正初始表面，從而獲得最終的骨分割結(jié)果。
　　為了得到只包含目標(biāo)骨的初始表面，本文首先采用最優(yōu)閾值法對(duì)CT圖像進(jìn)行初步分割。然后在三維中利用填充的方法將體素分為骨體素集和非骨體素集。在這之后，本文利用形態(tài)學(xué)的方法排除掉了骨體素中的非

3、目標(biāo)骨，只留下目標(biāo)骨體素。但是，形態(tài)學(xué)的方法可能會(huì)對(duì)分割結(jié)果的精度造成損失。為保證初始表面精度，本文通過貝葉斯決策論來校準(zhǔn)分割結(jié)果，自適應(yīng)地為各個(gè)小區(qū)域選擇閾值來劃分骨體素與非骨體素，最終獲得初始表面。
　　之后，為了保證法線方向計(jì)算的精度，本文提出了一種三維圖像中的法線方向的預(yù)估-校正方法：先利用一階導(dǎo)數(shù)的方式預(yù)估出法線方向，再根據(jù)骨表面的幾何特性，通過一種基于表面跟蹤的方法來對(duì)預(yù)估出的法線方向進(jìn)行校正，從而獲得一個(gè)更精確的法線

4、方向結(jié)果。最后，利用獲得的法線方向，建立一維信號(hào)，進(jìn)行表面檢測(cè)，校準(zhǔn)初始表面。此外，在本文整個(gè)算法的過程中涉及到多個(gè)需要手動(dòng)賦值的參數(shù)，為了保證算法的自動(dòng)化過程以及準(zhǔn)確度，本文還提出了這些參數(shù)的最優(yōu)值自動(dòng)選擇方法。
　　最后，本文給出了算法在臨床三維髖關(guān)節(jié)CT圖像上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括量化評(píng)價(jià)結(jié)果和圖像結(jié)果樣例，都以專家手動(dòng)分割結(jié)果為黃金標(biāo)準(zhǔn)，并與現(xiàn)有的幾種先進(jìn)方法進(jìn)行了對(duì)比與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法在臨床三維髖關(guān)節(jié)CT圖像中表現(xiàn)