[发明专利]一种三维CT图像中肝脏三维感兴趣区域的自动提取方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别涉及一种核医学图像自动提取感兴趣区域(ROI)方法，是相关梯度滤波和依据图像离散程度去除粘连组织的方法用于核医学图像自动提取ROI的技术。

背景技术

现如今，计算机断层扫描(CT)，磁共振(MR)，正电子放射断层扫描(PET)等医学成像技术已经成为医生诊断和治疗的重要辅助工具，尤其在对肿瘤等恶性疾病的诊断中扮演着重要的角色。其中CT成像由于其本身能精确反映解剖信息，信噪比较高，成像分辨率高等优点，成为在肿瘤等疾病的检查与治疗中最常用的成像方式。越来越多的研究者开始对CT图像的感兴趣区域(ROI)进行提取，用以对疾病分析研究及精确治疗。例如，通过提取的三维ROI自动分割出肝脏、肝肿瘤、和肝血管，以辅助医生诊断。因此，提取三维ROI的计算机辅助诊断具有重大的意义。

三维ROI的提取是基于CT成像的计算机辅助诊断的重要环节，近年来，为了实现对CT图像三维ROI的提取，大量研究者进行了深入的研究，现阶段对于CT图像的ROI提取方面已提出诸多方法，以如下几类为主：阈值法、区域增长法、聚类法、形变模型法、水平集、图谱法、图切割和神经网络等。这些方法主要存在以下缺陷：(1)部分方法需要手动交互过程，如选取初始种子点或初始轮廓。(2)部分方法对噪声或初始化位置的选取十分敏感。(3)不同病患的ROI结构存在显著差异、同一病患不同时间ROI的结构变形和密度改变导致很难使用一种分割方法满足不同需求情况。(4)多数方法算法复杂度高，处理时间长，不适合临床使用。

准确、快速、自动化是人们致力研究图像分割的最终目标。但分割的准确性、有效性以及自动化水平也是相互矛盾的。如果能在保证不损失图像有效信息的情况下明显降低图像处理的数据量，将有助于提升图像分割的效率。例如首先在原始图像中提取出ROI区域，仅对ROI区域的数据进行处理，则可以满足上述要求。此时，如何迅速、准确的定位ROI区域，就显得至关重要。

本发明旨在提出一种对CT图像中三维ROI进行准确、快速、自动化提取方法。本发明首先对图像进行各向异性扩散，使图像的均匀区域变得平滑且图像边缘信息予以保留，之后通过高斯核与图像的卷积做一次平滑处理，在进行微分计算得到图像各像素点的梯度幅值，再将此梯度幅值的大小进行映射，得到ROI所属的梯度范围。至此，通过最大连通域提取即可得到初步的ROI。之后对坐标值离散程度高的区域和灰度值离散程度高的区域周围部分粘连组织进行去除。最后通过二值图像的三维包围盒运算得到最终ROI的提取结果。

本发明提出了基于梯度滤波和依据图像离散度进行CT图像三维ROI的自动提取的方法，大幅度降低图像运算数据量，借此能够指导肝脏的快速、准确且自动化程度高的分割，对于指导肝脏肿瘤分割和肝脏血管分割等方面也有重要的意义。另外，经过相关梯度滤波处理的二值化图像，能够作为图割法和水平集法等图像处理过程的初始数据，以便进行其余后续处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于梯度滤波和依据图像离散程度进行CT图像三维感兴趣区域(ROI)的自动提取的方法，利用各向异性扩散过程、梯度幅度计算过程及S形曲线的非线性映射过程对人体腹腔三维CT图像进行滤波，提取出初步的三维ROI。再界定三维ROI区域内坐标值和灰度值离散程度阈值，通过对三维ROI区域内各个体素的坐标值和灰度值进行离散程度判断，去除离散程度高的区域，从而更进一步的获得三维ROI。该方法可以提取出包含肝脏信息的三维图像，大幅度降低图像处理的数据量。

本发明提出的基于梯度滤波和依据图像离散度进行CT图像三维兴趣域的自动提取方法，包括以下步骤：

1.1.对于一幅三维人体腹腔CT图像I_o进行向下重采样得到图像I'_o；

1.2.对图像I'_o进行梯度滤波，得到包含肝脏梯度范围的三维ROI图像I_s；

1.3.对图像I_s进行二值处理，提取最大连通区域，得到图像I'_lc；

1.4.界定图像坐标离散程度阈值及灰度值离散程度阈值，去除图像I'_lc超过阈值的区域，得到图像I_gd；