[發明專利]氣道壁識別方法

無效

• 申請號: 201110394824.8
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102629327A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 普建濤;顧歲成
• 申請（專利權）人: 普建濤
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

????此發明涉及了使用力場中的曲面模型識別CT圖像上氣道內外壁的全自動方法。

背景技術

????臨床上，氣道重構一般可以預示氣管疾病的嚴重程度（例如，慢性阻塞性肺病(COPD)）[1-2]。目前，可以通過非侵入方式直接測量高分辨率CT圖像上的氣道壁厚度研究氣道重構的原理。過去，使用窗口水平功能適當地調整圖像亮度可以手動測量氣道壁[3-5];然而，由于一次CT檢查中會產生大量的圖像并且掃描時不可避免的干擾存在，手動測量是一項耗時并且容易出錯的過程。因此，需要開發一種能夠輔助醫生進行準確，可重復及高效識別氣道壁的自動方法。

目前世界范圍內提出了許多氣道壁識別方法。應用比較多的是半峰全寬法[6]。但是，這種方法嚴重依賴于圖像亮度，但亮度可能會受到許多因素的影響，比如由重構法和氣道取向引起的部分容積效應或是模糊效果，會導致對氣道壁尺寸的過分評估[7-8]。為了減少對圖像亮度的依賴性，Saragaglia等人[9]開發了一種基于數學形態學和基于能量的輪廓配準方法。另外還有，通過在數據集中將預測的射線截面與實際獲得的截面進行匹配，Reinhardt等人[8]提出了基于二維模型的方法評估氣道內外壁。但是這種方法，如果在掃描氣道時偏離軸線，曲面模型在測量氣道時會出現明顯的錯誤。為了避免基于二維模型方法的局限性[8]，Saba等人[10]使用橢圓形狀的模型來代替圓形模型，用全景三維PSF代替二維PSF。類似于二維模型方法，這個方法的計算復雜度也是相當高。與基于特定氣道模型的方法不同（比如，圓形或是橢圓形狀的模型或是掃描儀指定函數），Estépar等人[11]利用相位一致性方法探測氣道內外壁。Ortner等人[12-13]開發基于廣義梯度矢量流（GGVF）[14]的三維變形方法分割氣道壁。然而這個方法[12]要求基于圖像亮度的氣球力存在[15]防止曲面停靠在氣道內壁曲面上。同時氣道壁的圖像亮度差異非常大，使用這個方法很難為氣球力選擇恒定的參數值。

發明內容

????這項發明主要涉及通過力場中移動的曲面模型識別氣道壁的全自動方法。此方法利用CT圖像上氣道壁的幾何形狀和密度特點。三維曲面（曲面邊界輪廓）在距離梯度矢場內自動變形至圖像上最高對比度的邊界處。將一個三維曲面模型放在矢場內，允許這個模型在內力和外力的作用下自動變形直至這些力達到一個平衡狀態（如圖1所示）。僅是改變三維曲面變形方向就可以識別氣道內壁或外壁。

????執行時，這個方法共有四個方面：（1）指定初始曲面模型；（2）確定外部能量函數；（3）確定內部能量函數；（4）變形動力學（曲面變形）。詳細演示如圖1所示。圖1表示使用二維仿真樣例的曲面模型變形。這個樣例模擬了氣管樹分岔區域。最里層的黑色區域，中間的白色區域和最外層的灰色區域分別表示氣道內腔，氣道壁和肺實質。圖1（a）顯示了由箭頭指示的外部力場????????????????????????????????????????????????;圖1（b）表示在給出不同的迭代次數后（也就是0，20，50，100，150和200）原始模型的曲面變形結果。

此方法具有很多特點。

第一，氣道壁識別過程由三維幾何曲面模型執行。現有的相關算法[3-8]大多數是在二維或是三維圖像空間內工作，與此不同，通過三維幾何曲面識別氣道壁可以不受氣道取向或是當氣道與周圍軟組織有粘連時的影響（圖6-圖7）。

第二?，基于沿矢場周圍預測的圖像梯度定義新型外部能量函數，而不是基于圖像梯度幅度。為了防止與氣道內壁邊界粘連，之前的方法[12-13]?使用基于圖像梯度幅度定義的傳統能量函數，曲面變形時加入氣球力[15]。然而，因為圖像密度和梯度在圖像的不同部分不同選擇恒定的氣球力的參數存在困難。相反，此方法不要求格外的氣球力或是其它的外力。

第三，此方法具有通用性，穩壯性和高效性。一般的CT檢查中氣道識別僅需不到4分鐘。

附圖說明

?具體的實施方式將通過下面的附圖詳細描述。

圖1通過二維仿真樣例演示開發的曲面模型變形方法。

圖2使用普等人[22]開發的氣管分割方法識別氣管樹與由三角形曲面表示的氣管樹。圖2(b)為圖2(a)中的方框區域的放大圖像。

圖3中的二維樣例表示平滑操作對計算距離函數（場）的影響。

圖4表示預測圖像梯度場的特點，用仿真樣例解釋為什么讓氣道外壁曲面模型在預測的圖像梯度場中變形。

圖5表示在此研究中定義的外力和內力同時作用下曲面變形。