面向多种疾病的计算机辅助诊断关键技术研究.pdf

、puterAidedTechnologyforMultipleDiseasesbyJiaTongSupervisor:ProfessorWangXuNortheasternUniversityMay2008I—Ao~q★·’一’独创性声明本人声明,所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢=匕思。学位论文作者签名:\亥I曲日期:工∞8·,学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后:半年口一年口一年半口两年口学位论文作者签名:签字日期:导师签名:签字目期:·hnh§t户争1k东北大学博士学位论文摘要面向多种疾病的计算机辅助诊断关键技术研究摘要近年来,随着计算机技术的快速发展和数字化医疗成像设备的普及,puter-AidedDiagnosis,CAD)已经成为医学影像、诊断放射、计算机科学中重要的研究领域。“诊断’’是指医生利用影像的计算分析结果作为检测病灶与诊断决策的第二选择(secondopition),最终诊断结果仍由医生作出。本文面向人体多种疾病,基于对医学影像处理、分析与理解中关键技术的研究,实现对疾病诊断具有实际参考价值信息的获取,如医生感兴趣区域(RegionofInterest,ROI)的提取,病灶区域的定量定性描述等信息,从而达到辅助医生对多种疾病进行诊断的目的。,通过大量数据的测试,所研究并提出的各项关键技术均具有较好的临床应用价值,可以较好的提高医生的诊断效率。本文所采用关键技术包括:(1)面向肺癌疾病的肺结节检测本文分别针对不同临床需求,提出了二维与三维两种结节检测方法。对于二维结节检测的研究:首先,为了提高肺结节检测的速度与精度,并且判断结节所在左右肺的位置,采用自适应阈值、区域增长、边界跟踪及数学形态学等算法,实现了肺分割、气管剔除、左右肺分离及肺实质边缘修补等功能;然后,采用基于Hessian矩阵与二阶矩相结合的方法实现疑似结节检测,与单独采用基于Hessian矩阵的方法比较,该方法具有更高的检测敏感性;最后,采用基于医学规则分类的方法对提取的二维结节特征进行分类。对于三维结节检测的研究:本文主要思想在于过滤肺内血管组织,从而最大限度的减小肺内血管组织对于结节检测的干扰。具体方法为,在肺实质分割基础上,首先,;然后,根据结节密度分布特点,采用局部密度最大值法对疑似结节进行检测;再次,提取多个结节的三维特征,并基于概率密度分布曲线进行了特征选择;最后,本文采用Fisher线形分类器对提取的结节特征进行了真假阳性的二值分类。(2)面向COPD的肺功能评估慢性阻塞性肺部疾病(ChronicObstructivePulmonaryDisease,COPD)是引起肺功能下降的主要原因。本文面向该类疾病,提出了一种肺功能评估方法。首先,根据肺部生~II~东北大学博士学位论文摘要理特点,采用了数学形态学、三次B样条曲线与改进的Snake模型相结合的方法,精确分割弥漫性肺实质区域;然后,在肺分割基础上提取呼吸气末的肺功能特征;最后,通过肺容积与像素指数两种方法评估肺功能病变。(3)面向多器官分割的交互式分割本文提出了一种基于动态规划算法的交互式分割方法。首先,采用Canny算子和梯度信息生成图像的全局能量代价函数,并以此实现对关键层的轮廓提取;然后,在关键层间采用基于余弦函数的插值方法产生中间层轮廓;最后,对产生的中间层轮廓进行自动修正,从而完成对序列影像的精确分割。(4)面向多疾病的集成化算法平台本文提出了一种集成化CAD算法平台构建方法。该方法将工作流引入算法平台,采用组件与多层体系结构实现了算法流程动态管理功能,并且支持新算法的快速开发与多疾病CAD原型系统的快速生成。平台不仅可以提供图形化编程接口,而且算法管理灵活,算法流程定制合理。通过实验测试,大幅度提高了算法开发人员的工作效率和算法管理水平。关键词:计算机辅助诊断;肺实质分割:血管分割;肺结节检测;肺功能评估;主动轮廓模型;水平集;轮廓插值彳~●pk≯’~————————————————————————————————————————————————puter-aidedDiagnosisforMultipleDiseasesAbstractRece