專利名稱：基于交互式區(qū)域生長的胃部ct序列圖像分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是醫(yī)學(xué)圖像的處理，主要可用于胃部CT序列圖像的分割。
背景技術(shù)：
隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，大量高 分辨率圖像紛紛涌現(xiàn)，比如磁共振造影MRI、計(jì)算機(jī)斷層掃描CT、腦磁圖MEG、三維超聲成像，解正電子發(fā)射斷層照相PET、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層SPECT、漫射加權(quán)成像DWI、功能磁共振FMRI等，這些成像技術(shù)各有特點(diǎn)，它們分別能在不同的時空分辨率下給人們提供各種解剖信息和功能信息。但僅僅依靠這些設(shè)備所提供的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們的要求，必須進(jìn)一步通過圖像處理手段來對圖像進(jìn)行分析和解譯。醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)包括圖像恢復(fù)、圖像增強(qiáng)，圖像分割和圖像重建等，其中，將感興趣的目標(biāo)從圖像中分離出來具有特別的復(fù)雜性和重要的研究價(jià)值。醫(yī)學(xué)圖像分割是正常組織和病變組織的三維重建、定量分析等后續(xù)操作的基礎(chǔ)，也是臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的瓶頸。分割的準(zhǔn)確性對醫(yī)生判斷疾病的準(zhǔn)確性以及做出合理的治療方案至關(guān)重要。圖像分割方法包括以計(jì)算機(jī)為單一執(zhí)行者的自動分割方法和人機(jī)結(jié)合的交互式分割。由于自動分割方法的結(jié)果往往很難令人滿意，準(zhǔn)確性達(dá)不到醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用的要求。因此能憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和對圖像知識的理解，人機(jī)結(jié)合進(jìn)行的交互式分割應(yīng)用而生，這種方法分割速度快，精度高。而傳統(tǒng)的區(qū)域生長法是一種基于區(qū)域的分割方法，其基本原理是將具有相似性質(zhì)的像素集中起來構(gòu)成區(qū)域來達(dá)到分割的目的。該方法需要首先由用戶交互式的選取一個種子點(diǎn)，然后依次將種子點(diǎn)周圍與其相似的像素合并到種子點(diǎn)所在的區(qū)域中，最后形成的區(qū)域即為分割結(jié)果?，F(xiàn)有的基于區(qū)域生長的序列圖分割方法是將序列中的第一幅圖用區(qū)域生長法進(jìn)行分割，然后將分割結(jié)果的輪廓點(diǎn)作為下一幅圖的種子點(diǎn)繼續(xù)用區(qū)域生長法分割即得到當(dāng)前圖的分割結(jié)果。這種方法的優(yōu)勢是計(jì)算簡單，對于傷口和腫瘤等小而簡單的圖像結(jié)構(gòu)分割效果較好。但對于待分割的目標(biāo)是胃部CT序列圖中胃壁周圍5cm的淋巴結(jié)所在區(qū)域，則分割效果差。這是因?yàn)檫@些目標(biāo)區(qū)域不僅形狀不規(guī)則，變化也比較大，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)還可能有噪聲，血管等干擾點(diǎn)，而已有的基于區(qū)域生長的序列分割方法是串行進(jìn)行的，因此分割這種目標(biāo)區(qū)域不僅速度慢，而且容易造成欠分割現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述CT序列圖像分割的缺陷，提出一種基于交互式區(qū)域生長的胃部CT序列圖像的分割方法，以提高分割的速度和準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟(I)輸入胃部CT序列圖像，對序列中每幅圖像外圍的脂肪組織區(qū)域用給定的掩膜圖像減掉，去掉邊緣的冗余部分，避免產(chǎn)生誤分割；(2)利用交互式區(qū)域生長對CT序列中的第一幅圖像I進(jìn)行分割；
(3)計(jì)算當(dāng)前已分割得到的圖像的目標(biāo)區(qū)域的灰度均值avegray和灰度方差square。將已分割好的圖像目標(biāo)區(qū)域的中心及此中心的8鄰域點(diǎn)投影到序列中與已分割好的圖像相鄰的下一幅圖像II的相應(yīng)位置，并將投影過來的點(diǎn)依次與avegray作差，將差值小于灰度方差square的點(diǎn)作為該幅圖像的種子點(diǎn)，設(shè)投影完經(jīng)過篩選后這些種子點(diǎn)的個數(shù)為kk ；(4)基于已選取的種子點(diǎn)再次利用交互式區(qū)域生長對序列中的當(dāng)前圖像II進(jìn)行分割，得到該幅圖像的分割結(jié)果；(5)判斷CT序列中的圖像是否已全部分割完成，否則轉(zhuǎn)步驟(3)，直到所有圖像分表I]完成。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、對于同一個人的CT序列，只需在第一幅圖像的目標(biāo)區(qū)域人工的選擇幾個種子點(diǎn)便可完成交互操作，達(dá)到較理想的分割效果；2、本發(fā)明針對胃部CT圖像自身的特點(diǎn)，根據(jù)已知的種子點(diǎn)和閾值，通過對原灰度圖進(jìn)行二值化操作來完成全局范圍內(nèi)相似點(diǎn)的搜索，與傳統(tǒng)的串行的區(qū)域生長法相比，提高了分割的速度；3、本發(fā)明針對胃部CT序列中相鄰圖像之間的相似性，將CT序列中前一幅圖像的分割結(jié)果的中心及其8鄰域點(diǎn)投影到下一幅圖像中，作為其區(qū)域生長的種子點(diǎn)，克服了欠分割的現(xiàn)象。


圖I是本發(fā)明的總流程圖；圖2是本發(fā)明中交互式區(qū)域生長的子流程圖；圖3是胃部CT圖像中的脂肪組織區(qū)域；圖4是本發(fā)明所使用的掩膜圖像；圖5是本發(fā)明所使用的胃部CT序列的第I幅圖像；圖6是用本發(fā)明對圖5進(jìn)行分割后的結(jié)果圖像；圖7是待分割區(qū)域中可能為噪聲或是血管的雜點(diǎn)；圖8是是胃部CT圖像中的背景區(qū)域；圖9是本發(fā)明所使用的胃部CT序列的第30幅圖像；圖10是本發(fā)明對圖9進(jìn)行分割后的結(jié)果圖像。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明基于交互式區(qū)域生長的胃部CT序列圖像分割方法包括如下步驟步驟I :輸入胃部CT序列圖像，共30幅；步驟2 :將這30幅圖像中的脂肪組織區(qū)域，用給定的掩膜圖像都減掉，避免產(chǎn)生誤分割，脂肪組織區(qū)域如圖3所示，掩膜圖像如圖4所示；步驟3 :利用交互式區(qū)域生長對30幅圖像中的第I幅圖像I進(jìn)行分割，第I幅圖像如圖5所示
參照圖2，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下3a)在圖5的待分割區(qū)域內(nèi)人工選擇k個種子點(diǎn)，設(shè)一個與圖像I大小相同的存放分割結(jié)果的矩陣Y，再給定一個相似性閾值T，k取大于0的整數(shù)；3b)將圖5中的每個像素值依次與k個種子的灰度值作差，則矩陣Y中每個位置處將得到 k 個差值Y(i, j, k) = abs (I (i, j)-seed(k))，其中，I (i, j)表示圖5中第i行第j列處的像素值，seed(k)是第k個種子點(diǎn)的像素值，Y (i，j，k)表示圖5中第i行第j列處的第k個差值，abs表示求絕對值運(yùn)算；3c)將k個差值Y(i，j，k)中小于或等于閾值T的值均置為1，大于閾值T的值均置為0，再繼續(xù)對得到的k個結(jié)果進(jìn)行或運(yùn)算，得到矩陣Y中第i行第j列處的值；Y(i，j) = Y(i，j，l) |Y(i，j，2) — Y(i, j, k)；3d)對矩陣Y進(jìn)行形態(tài)學(xué)重構(gòu)將矩陣Y中值為I的各個點(diǎn)集合起來形成分割結(jié)果區(qū)域，最后進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記得到圖5的分割結(jié)果，如圖6所示。步驟4 :計(jì)算當(dāng)前已分割好的圖像的目標(biāo)區(qū)域的灰度均值avegray和灰度方差square,當(dāng)前已分割好的圖像如圖6所示avegray = 1/n E I (p, q)，
權(quán)利要求
1.一種基于交互式區(qū)域生長的胃部CT序列圖像分割方法，包括如下步驟 (1)輸入胃部CT序列圖像，對序列中每幅圖像外圍的脂肪組織區(qū)域用給定的掩膜圖像減掉，去掉邊緣的冗余部分，避免產(chǎn)生誤分割； (2)利用交互式區(qū)域生長對CT序列中的第一幅圖像I進(jìn)行分割； (3)計(jì)算當(dāng)前已分割得到的圖像的目標(biāo)區(qū)域的灰度均值avegray和灰度方差square。將已分割好的圖像目標(biāo)區(qū)域的中心及此中心的8鄰域點(diǎn)投影到序列中與已分割好的圖像相鄰的下一幅圖像II的相應(yīng)位置，并將投影過來的點(diǎn)依次與avegray作差，將差值小于灰度方差square的點(diǎn)作為該幅圖像的種子點(diǎn)，設(shè)投影完經(jīng)過篩選后這些種子點(diǎn)的個數(shù)為kk ； (4)基于已選取的種子點(diǎn)再次利用交互式區(qū)域生長對序列中的當(dāng)前圖像II進(jìn)行分割，得到該幅圖像的分割結(jié)果； (5)判斷CT序列中的圖像是否已全部分割完成，否則轉(zhuǎn)步驟(3)，直到所有圖像分割完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(2)所述的利用交互式區(qū)域生長對CT序列中的第一幅圖像I進(jìn)行分割，按如下步驟進(jìn)行進(jìn)行 (2a)先在CT序列的第一幅圖像I的待分割區(qū)域內(nèi)人工選擇k個種子點(diǎn)，設(shè)一個與圖像I大小相同的存放分割結(jié)果的矩陣Y，再給定一個相似性閾值T，k取大于O的整數(shù)； (2b)將圖像I中的每個像素值依次與k個種子的灰度值作差，則Y中每個位置處將得到k個差值Y(i, j, k) = abs(I (i, j)-seed(k)),其中，I (i, j)表示圖像I中第i行第j列處的像素值，seed(k)是第k個種子點(diǎn)的像素值，Y(i, j,k)表示圖像I中第i行第j列處的第k個差值，abs表示求絕對值運(yùn)算； (2c)將k個差值Y(i，j, k)中小于或等于閾值T的值都置為1，大于閾值T的置為O，再繼續(xù)對得到的k個結(jié)果進(jìn)行或運(yùn)算，得到矩陣Y中第i行第j列處的值； Y(i，j) =Y(i，j，l)|Y(i，j，2)卜.|Y(i，j，k)； (2d)對矩陣Y進(jìn)行形態(tài)學(xué)重構(gòu)將矩陣Y中值為I的各個點(diǎn)集合起來形成分割結(jié)果區(qū)域，最后進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記得到分割結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述步驟(3)中計(jì)算當(dāng)前已分割得到的圖像的目標(biāo)區(qū)域的灰度均值avegray是通過公式avegray = 1/η Σ I (p, q)計(jì)算，其中，η表示分割得到的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的個數(shù)，P表示目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個點(diǎn)所在的行，q表示目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個點(diǎn)所在的列，I (P，q)表示當(dāng)前已分割好的圖像的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)位于第P行第q列處的像素值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述步驟(3)中計(jì)算當(dāng)前已分割得到的圖像的目標(biāo)區(qū)域的灰度方差square是通過公式計(jì)算 square=權(quán)
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(4)所述的基于已選取的種子點(diǎn)再次利用交互式區(qū)域生長對序列中的當(dāng)前圖像II進(jìn)行分割，按如下步驟進(jìn)行 (4a)將圖像II中的每個像素值依次與kk個種子的灰度值作差，則矩陣Y中每個位置處將得到 kk 個差值Y(i, j, kk) = abs (II (i, j)-seed(kk))， 其中，II (i，j)表示圖像II中第i行第j列處的像素值，seed(kk)是第kk個種子點(diǎn)的像素值，Y(i，j，kk)表示圖像II中第i行第j列處的第kk個差值，abs表示求絕對值運(yùn)算； (4b)將kk個差值Y(i，j, kk)中小于閾值T的值均置為1，大于閾值T的值置為O，再繼續(xù)對得到的kk個結(jié)果進(jìn)行或運(yùn)算，得到矩陣Y中第i行第j列處的值；Y(i，j) = Y(i，j，l) |Y(i，j，2) I... |Y(i，j，kk) (4c)對矩陣Y進(jìn)行形態(tài)學(xué)重構(gòu)將矩陣Y中值為I的各個點(diǎn)集合起來形成分割結(jié)果區(qū)域，最后進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記得到分割結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于交互式區(qū)域生長的胃部CT序列圖像分割方法。主要解決現(xiàn)有技術(shù)的對于CT序列分割速度慢，容易出現(xiàn)欠分割的不足。其實(shí)現(xiàn)步驟是先在第一張待分割目標(biāo)區(qū)域內(nèi)人工選取種子點(diǎn)然后用交互式區(qū)域生長進(jìn)行分割，再將分割結(jié)果的中心及其8鄰域投影到下一張CT圖像中，作為其種子點(diǎn)，繼續(xù)用交互式區(qū)域生長進(jìn)行分割，得到當(dāng)前圖像的目標(biāo)區(qū)域，重復(fù)將前一幅的分割結(jié)果投影到下一幅圖像作為種子點(diǎn)繼續(xù)分割，直到整個序列分割完畢。本發(fā)明與傳統(tǒng)的串行的區(qū)域生長相比，具有速度快、效果好等優(yōu)點(diǎn)，可用于胃部CT序列圖像的分割，對于序列中胃部淋巴結(jié)可能出現(xiàn)的目標(biāo)區(qū)域，都能較好的分割出來。
文檔編號G06T7/00GK102622750SQ20121004347
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉芳, 周治國, 唐磊, 張曉鵬, 王之龍, 王云利, 緱水平, 馬麗敏 申請人:西安電子科技大學(xué)