[发明专利]一种基于语义分割的医学图像自动窗口调节方法及应用

说明书

本发明属于医学图像处理技术领域，公开了一种基于语义分割的医学图像自动窗口调节方法及应用，所述窗口调节方法包括以下步骤：选择语义分割模型，并使用相关数据集进行训练，获得拥有较高精度的高精度模型；将需要进行自动窗口调节的医学图像输入训练所得模型中，生成预测掩膜图像；接着根据预测掩膜图像中预测的目标区域位置，对输入图像中相应的部位进行提取；绘制提取后的图像的灰度分布折线图并分析；进行误差调整，选取用于窗口值计算的新最值；计算窗口值，并进行窗口调节。通过本发明的方法实现精准且迅速地对目标区域进行窗口调节，并且大幅减少了语义分割模型的预测误差对窗口调节操作所带来的影响。

技术领域

本发明属于医学图像处理技术领域，特别涉及一种基于语义分割的医学图像自动窗口调节方法及应用。

背景技术

医学图像的存储一般使用10-12不等的位深度，从而导致其像素灰度值的取值范围较大。一般的显示设备仅支持0-255共256个灰阶的显示，而人眼仅仅能识别大约16个不同的灰阶，这就使得位置相邻且灰度值相近的部位在人眼看来变成了颜色完全相同的一片区域。从肉眼的角度观察医学图像，可见各个组织和器官只是使用灰色填充的一块区域，器官的轮廓和病灶的位置难以辨认，其纹理更是几乎不可见。

由于各个组织器官或病变部位在医学图像中表现为具有不同的灰度值，在对医学图像进行解读时，放射科医生为了能够更加清晰地观察组织、器官或病灶等目标区域的纹理，通常使用窗口调节技术来对图像中的灰度分布进行一定的人为干预，从而提高目标区域与非目标区域之间的对比度。

现今大部分的医学图像查看器或医学图像工具包都支持窗口调节功能，以方便专家进行诊断。在进行窗口调节操作时，前提已知目标区域的窗口值，放射科医生需要手动输入窗口值或滑动滑块来完成该操作。由于不同患者个体的不同目标区域的窗口值均不同，需要找到一种方法来对窗口值进行定位。

第一种方法是手动调节窗口值或滑块，每次都向窗口调节效果更好的窗口值逼近，最终得到最容易观察到目标区域的图像。该方法能够较为准确地获得效果最好的窗口值，但步骤重复过多、耗时过长，容易导致放射科医生的疲劳。

第二种方法是根据常用的窗口值进行窗口调节。例如对于腹腔的CT图像，窗宽往往以300-500为宜，窗位往往以30-50为宜，可以用这些窗口值对待解读图像进行统一的窗口调节。该方法能够使放射科医生尽快地得到窗口调节后的图像，但由于患者个体差异的存在，该窗口值较为不准确，其效果相应地较差，尤其是较小或较为模糊的目标区域。

第三种方法是通过分析医学图像的灰度分布直方图(或折线图)，总结医学图像中可能出现的几种典型灰度分布，并根据不同的灰度分布类型找到对应峰值附近的极值点来计算窗口值。该方法能够借助计算机的运算自动地计算出较为合适的窗口值，然而该方法对于非典型灰度分布的医学图像效果较差，并且一味地选取峰值两侧的极值的做法对于包含在组织器官内的病灶的突出效果较差。

此外，部分针对医学图像的深度学习工作中，往往选择使用标签图像在原图像中所对应区域的最大灰度值与最小灰度值计算窗口值来进行窗口调节。其中，窗宽应为最大值与最小值的差值，而窗位应为最大值与最小值和的一半。该方法能够获得较完美地窗口调节效果，然而由于临床诊断中并不存在标签图像，该方法在临床诊断中无效。另外，在标签图像引入了误差的情况下，单纯地使用最值计算窗口值也为窗口调节操作带来了隐患。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于语义分割的医学图像自动窗口调节方法及应用，结合计算机视觉中的语义分割技术来自动地为不同医学图像提供目标区域的窗口值，提高在解读医学图像时所进行的窗口调节操作的效率，相比原有的方法速度更快、效果更好。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

首先，本发明提供一种基于语义分割的医学图像自动窗口调节方法，包括以下步骤：