基于CT造影圖像的肺栓塞計算機輔助檢測.pdf

1、肺栓塞在西方國家被列為常見的三種心血管疾病之一,具有診斷率低、死亡率高的特點。在中國,肺栓塞長期以來被誤認為是一種罕見病,被臨床醫(yī)生嚴重忽視,但近年來逐漸引起醫(yī)學(xué)界的重視并廣泛普及。肺栓塞在臨床上無特異性,極易被忽視,未及時診斷和有效診治會導(dǎo)致大部分的栓塞患者死亡。計算機斷層掃描與血管造影技術(shù)的出現(xiàn)使現(xiàn)代影像學(xué)檢查技術(shù)成為肺栓塞檢測診斷的重要手段,尤其是CT肺動脈造影技術(shù)已經(jīng)成為臨床上檢測肺栓塞的一種主要途徑,配合使用計算機輔助檢測技術(shù)

2、(CAD)可以進一步提高檢查栓塞的準確率和效率。
　　 肺栓塞CAD系統(tǒng)的研究經(jīng)歷了近十年,但是遠未成熟,在理論和實際應(yīng)用中都還有許多亟待解決的問題,在國內(nèi)更是尚未引起研究者的重視。本文基于肺栓塞CAD系統(tǒng)的常規(guī)流程,提出了一套新穎的構(gòu)建肺栓塞CAD系統(tǒng)的技術(shù)路線,該路線將縱膈內(nèi)部的中心型肺栓塞也納入重點檢測對象,并致力于降低肺栓塞檢測的假陽性。本文的研究按照CAD系統(tǒng)的技術(shù)路線展開,對各步驟進行了深入的研究,所完成的主要研究工

3、作和創(chuàng)新點如下:
　　 ①為得到左右肺分離的完整肺區(qū)域,提出了一種基于解剖學(xué)知識的3D肺區(qū)域自動分割算法。首先,分析CT圖像各組織密度分布采用閾值法進行預(yù)分割。其次,針對支氣管導(dǎo)致肺區(qū)域分割誤差的問題,提出采用自頂向下的強規(guī)則區(qū)域生長法提取氣道內(nèi)腔以避免氣道滲漏至肺實質(zhì),再膨脹至氣道壁,然后提出區(qū)域面積分析法和投影法以判斷與分離左右肺,并進行肺實質(zhì)邊界修補。實驗驗證了該算法對CT增強掃描和普通掃描數(shù)據(jù)的適用性,能有效排除兩肺間的

4、氣管/支氣管通道,在復(fù)雜圖像的分割實驗中也取得了良好的效果。
　　 ②作為縱膈內(nèi)肺動脈分割和中心型肺栓塞的工作基礎(chǔ),本文首次將縱膈區(qū)域的分割加入肺栓塞CAD系統(tǒng),并提出了一種3D縱膈區(qū)域自動分割算法?？v膈是一個解剖區(qū)域,無明顯的邊界和形狀特征,故提出緣點的概念用以描述2D縱膈區(qū)域的解剖學(xué)結(jié)構(gòu),并采用基于角點檢測的方法提取緣點和基于快速行進的方法提取緣點間路徑,同時在2D縱膈分割過程中引入上下文輪廓的位置信息以約束和保障3D縱膈表

5、面的連續(xù)性。此外,用與金標準結(jié)果間的偏差距離累積分布來客觀評估分割效果。實驗結(jié)果顯示,本文基于上下文輪廓的3D縱膈區(qū)域自動分割算法能得到完整且平滑的縱膈區(qū)域,分割具有良好的準確率和效率。
　　 ③為了能夠在肺動脈中更精確地檢測栓塞,提出一種由縱膈到外圍的肺動脈分割方案,將常規(guī)的肺血管分割與動靜脈分離兩個任務(wù)集為一體。針對跟蹤過程中的滲漏問題和血管中斷問題,提出了相應(yīng)策略。提出基于區(qū)域生長和分段行進的血管樹跟蹤算法作為肺動脈跟蹤的

6、主線。針對滲漏問題,提出一種基于多尺度二階導(dǎo)數(shù)的特征圖過濾技術(shù)以排除或減少相鄰對象間的大面積接觸區(qū)域,并結(jié)合3D形態(tài)學(xué)血管分枝評估技術(shù)防止?jié)B漏。對于血管中斷部分則通過提取最小代價路徑進行補償。實驗結(jié)果表明,本方案對縱膈內(nèi)主肺動脈的分割具有很高敏感度和魯棒性,能有效排除大部分肺部靜脈,同時證實了方案中各技術(shù)的有效性。
　　 ④針對CTA圖像中肺栓塞檢測的醫(yī)學(xué)特性,在實現(xiàn)前人研究成果的基礎(chǔ)上,提取候選栓塞的不同區(qū)域?qū)ο蟛⒘硖岢隽伺c周

7、圍環(huán)境的灰度差異特征、邊界灰度特征、部分形態(tài)特征以及與基于肺動脈樹的特征,用以描述肺栓塞與相關(guān)環(huán)境及器官對象之間的聯(lián)系。對各特征的檢驗概率分析表明本文提取的特征大部分具有更好的真實栓塞識別能力。
　　 ⑤聯(lián)合使用各類特征選擇最優(yōu)特征子集并優(yōu)化分類器以改善肺栓塞計算機輔助檢測系統(tǒng)的性能。首先提出一種基于蟻群算法的組合式特征選擇算法,再選擇分類器分別評估不同類別特征、特征選擇子集、與人工篩選特征子集以篩選出分類性能最優(yōu)的特征子集。在