肝臟超聲造影圖像處理與分析方法研究.pdf

1、肝癌是一種嚴(yán)重影響人們身心健康的重大疾病，其早期發(fā)現(xiàn)是治療的關(guān)鍵和診斷的難點(diǎn)。與計(jì)算機(jī)斷層成像（Computed Tomography，CT）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），尤其是正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像（Positron Emission Tomography，PET）等診斷方式比較，超聲診斷具有安全、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前肝癌普查的首選方法。超聲造影作為一種功能成像方法，能對(duì)肝

2、灌注進(jìn)行有效描述、鑒別與診斷肝局灶性病變和評(píng)估肝癌治療效果，是目前超聲研究的熱點(diǎn)。
　　由于肝臟疾病種類繁多，超聲造影表現(xiàn)復(fù)雜多樣，通過肉眼觀察的常規(guī)診斷方式易受主觀因素影響。為克服主觀因素對(duì)診斷結(jié)果的影響，臨床醫(yī)生近年來開始借助超聲造影圖像處理及分析技術(shù)來輔助診斷肝臟疾病。主要方式為從肝臟超聲造影圖像序列中提取時(shí)間強(qiáng)度曲線（Time Intensity Curve，TIC）以對(duì)肝臟病變灌注區(qū)域進(jìn)行分析。因此，本文以臨床肝臟超聲造

3、影序列圖像為研究對(duì)象，圍繞超聲圖像去噪、呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、TIC自動(dòng)提取及肝腫瘤自動(dòng)分析開展了相關(guān)研究工作。具體成果如下：
　　首先，將曲波變換引入到非局部均值去噪算法中，改進(jìn)了非局部均值算法中像素相似性權(quán)值計(jì)算方法。利用曲波變換在表達(dá)圖像曲線奇異性的特點(diǎn)和多尺度圖像重構(gòu)優(yōu)勢(shì)，在非局部均值框架下，根據(jù)曲波變換重構(gòu)圖像的特性，設(shè)計(jì)基于曲波變換多尺度相似性權(quán)值計(jì)算方法，并將其應(yīng)用于超聲圖像去噪。實(shí)驗(yàn)表明，該算法能有效地進(jìn)行超聲圖像去噪，實(shí)

4、現(xiàn)對(duì)散斑噪聲的抑制，同時(shí)獲得較好的去噪性能和圖像細(xì)節(jié)保護(hù)效果，為后期圖像處理及分析提供了基礎(chǔ)。
　　其次，研究了自由呼吸模式下的超聲造影序列圖像門控呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問題。針對(duì)病人呼吸運(yùn)動(dòng)影響超聲造影準(zhǔn)確定量和準(zhǔn)確診斷等問題，分析了傳統(tǒng)呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的不足，結(jié)合自由呼吸模式超聲造影序列圖像的特點(diǎn)，提出了實(shí)現(xiàn)門控呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)暮侠砑僭O(shè)，構(gòu)建了基于序列圖像的呼吸運(yùn)動(dòng)曲線提取非負(fù)矩陣分解模型。該模型基于非負(fù)約束項(xiàng)描述了呼吸運(yùn)動(dòng)曲線的生理性質(zhì)

5、。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于呼吸運(yùn)動(dòng)曲線和圖像門控后處理的門控呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償策略，并設(shè)計(jì)了模擬人體呼吸運(yùn)動(dòng)的模擬裝置。模擬與臨床真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出門控呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償策略的有效性，減少了病人呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)TIC提取所帶來的影響。
　　第三，研究了基于深度學(xué)習(xí)的肝腫瘤自動(dòng)分析方法。分析了傳統(tǒng)超聲造影序列圖像TIC提取方法及肝腫瘤分析方法的不足，提出了稀疏非負(fù)矩陣分解因子分析TIC自動(dòng)提取方法，結(jié)合深度學(xué)習(xí)，構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)和稀疏非負(fù)矩