基于雙相高分辨率CT數(shù)據(jù)的體素級(jí)細(xì)節(jié)肺功能定量研究.pdf

1、隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，高分辨率數(shù)字圖片大量產(chǎn)生，這一方面為影像診斷師提供了更清晰的解剖或功能圖片，另一方面也增加了讀片負(fù)擔(dān)，致使漏診和誤診率增加。在此背景下，計(jì)算機(jī)輔助診斷(computer aided diagnosis，CAD)的研究蓬勃發(fā)展起來(lái)。計(jì)算機(jī)斷層掃描(cornputed tomography：CT)是肺功能測(cè)定和肺部疾病診斷的重要成像手段，但是傳統(tǒng)的CT肺功能測(cè)定只能測(cè)算整體肺的定量指標(biāo)，如：全肺或單肺的容積、象素

2、指數(shù)等，無(wú)法從局部和細(xì)節(jié)定量出肺功能。本課題提出一種基于胸部高分辨率CT(high．resolution CT，HRCT)序列圖片的計(jì)算機(jī)輔助診斷肺功能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率的細(xì)節(jié)肺功能定量測(cè)定，不僅可以測(cè)算出一般的CT肺功能指標(biāo)，還能觀察到呼吸過(guò)程中肺部每一體素容積大小的變化，從整體和局部定量出個(gè)體肺部的呼吸功能。 本課題的研究思路為：首先采集被試者處于深呼氣術(shù)和深吸氣末的雙相胸部HRCT序列，自動(dòng)化分割出肺部組織，測(cè)算出一般的

3、CT肺功能指標(biāo)；然后對(duì)雙相肺部容積圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，將呼氣相配準(zhǔn)到吸氣相，得到該過(guò)程的形變場(chǎng)：再基于配準(zhǔn)形變場(chǎng)計(jì)算出能反映體素體積收縮或膨脹的Jacobian矩陣，提取細(xì)節(jié)肺功能定量指標(biāo)。 主要涉及三方面的研究?jī)?nèi)容：肺組織自動(dòng)化分割、同體異態(tài)肺部容積圖像的配準(zhǔn)、基于形變場(chǎng)的Jacobian計(jì)算。對(duì)于自動(dòng)化分割肺組織而言，我們基于結(jié)構(gòu)連續(xù)性的分割策略，采取由粗到精的步驟，首先通過(guò)閾值法和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)分割出粗略的肺組織，再利用動(dòng)態(tài)閾值區(qū)域

4、生長(zhǎng)法去除氣管和主支氣管，接著用“移動(dòng)射線”技術(shù)將左右肺粘連處分開(kāi)，最后由“滾球”算法平滑肺邊緣的鋸齒和裂縫。經(jīng)資深影像診斷師目測(cè)檢驗(yàn)，得到平均分割滿意率為95％；自動(dòng)分割與人工分割的吻合度均值達(dá)到0.9620；平均每層的分割時(shí)間低于6s。在對(duì)同體異態(tài)肺部容積圖像進(jìn)行配準(zhǔn)時(shí)，我們首先基于解剖標(biāo)志面尋找仿射變換參數(shù)，對(duì)呼氣相容積圖像進(jìn)行全局仿射變換；再利用多分辨率模式的Demons算法進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)；最后將這兩個(gè)階段的形變場(chǎng)進(jìn)行疊加，得到

5、總體形變場(chǎng)。配準(zhǔn)評(píng)估顯示：平均體積重合度從0.7982上升至0.9544；平均灰度均方根誤差從171.6622下降至69.5829。有了良好的配準(zhǔn)結(jié)果，形變場(chǎng)則具有實(shí)際意義。 我們將Jacobian理論類比到圖像上，詳細(xì)分析了該矩陣所代表的體素收縮或膨脹的物理意義，然后計(jì)算出總體形變場(chǎng)的Jacobian矩陣。在影像診斷師的指導(dǎo)之下，我們創(chuàng)新性地提出了能夠反映細(xì)節(jié)肺部呼吸功能的定量指標(biāo)：Jacobian直方圖以及該圖的集中點(diǎn)和集中