颅脑CT病变的计算机自动化检出方法研究

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1、中国科学技术人学博士学位论文摘要摘要随着医学影像技术的飞速发展，包括多排螺旋CT在内的先进检查设备产生的影像数据清晰度越来越高、容量也越来越大。海量的容积数据在为影像诊断医师提供更加详细、更加准确诊断信息的同时，也显著地增加了读片医师的工作负荷和视觉疲劳。传统的人工读片方式与越来越先进的检查设备之间的矛盾将随着这些设备的不断普及应用而变得日益突出。为了适应医学影像检查技术的飞速发展，开展以计算机辅助诊断或计算机智能化诊断为目标的医学图像处理和分析研究已经成为目前这个领域的一个研究热点和将来发展的主要趋势。丌展计算机智能化诊断研究首先必须解决的问题是如何

2、实现医学图像上病变的计算机自动化检出。病变自动化检出又必须涉及到图像配准，图像分割，数字化图谱创建等多项基本的图像处理与分析技术。本文瞄准计算机智能化诊断这个方向，以多排螺旋CT的窑积数据为研究对象，以颅脑病变，包括灰度异常和形态异常病变的计算机自动化检出为研究目标，通过密切结合医学专业知识，对病变检出及其相关技术进行了深入的研究，取得了多项具有创新意义的研究成果。具体成果和创新点介绍如下：(1)提出了一种改进的非刚性配准算法，以进一步提高配准精度。非冈0性配准技术是实现瘸变检出的核心，本文在深入研究各类非刚性配准技术的基础上，对其中的一种配准精度相对

3、较高的非刚性配准算法，即Demons算法进行了改进，提出了一种Demons改进算法，进一步提高了配准精度。实验结果表职，该算法可明显提高配准精度，为本论文后面的数字化图谱创建和病变检出研究创造了有利条件。(2)提出了两种基于先验知识的颅脑CT图像自动化分割算法。图像分割是创建基于标注的数字化统计图谱以及利用形态测量术进行形态异常病变检出的有效手段。本文利用了包括颅脑结构连续性、形态学特点和CT值分布特征等医学领域的先验知识，提出了一种基于先验知识和图像形态学的颅脑cT图像自动化分割算法(KMB)，以及一种基于先验知识和图像连续性的颅脑cT图像自动化分割

4、算法(KcB)。其中KMB能够将临近颅项层面的CT图像自动化分割成中唇科学技术大学博』。学位论文摘要为头皮，颅骨，脑实质和脑脊液区域等4大部分；KcB能够自动化地分割出顷脑cT所有层面的颅腔内结构；两者的结合可以实现颅脑cT所有层面图像上大体结构的自动化分割。(3)实现了基于灰度和基予标注的颅脑CT数字化统讲’图谱的翎建自动化。在研究数字化统计图谱创建方法和特点的基础上，利用前期提出的Demons改进算法和基于先验知识的颅脑CT分割算法，实现了基于灰度(包括颅脑eT灰度均值图谱和灰度均方差图谱)以及基于标注(包括头皮，颅骨，脑实质和脑脊液区域)的两种类

5、型数字化统计图谱的创建自动化。(4)提出了颅脑CT检查脑容积的计算机自动化定量方法以及脑萎缩定量诊断的客观标准。脑萎缩是颅脑cT形态异常病变的主要表现，也是颅脑病变自动化检出研究的热点。利用前期提出的基于先验知识的颅脑CT自动化分割方法，提出了一种颅脑CT容积数据的脑容积自动化定量方法。并通过对1901例正常入和487铡脑萎缩病人的颅脑CT图像的研究，详细分析了颅腔容积，脑容积和脑实质分数(BPF)与病人年龄及性别的关系，并通过曲线拟合得出了BPF与年龄的函数关系，初步提出了一种计算机自动化定量诊断脑萎缩的客观标准。(5)提出了一种通过灰度对比分析(I

6、cB)自动化检出颅脑cT灰度异常病变的病变检出算法。灰度异常病变是指病变区域在cT图像上主要表现为图像灰度的异常，如脑出血、脑梗塞、脑肿瘤等。这类病变在颅脑cT检查中最为常见，也是目前颅脑病变自动化检出研究的难点。本文通过对专业医师诊断思维的计算机模拟，提出了一种通过灰度对比分析(IcB)自动化检出这些灰度异常病变的病变检出算法，该算法首先创建了代表正常人各种图像特征的数字化图谱，然后通过将病人图像与灰度均值图谱的对比分析突出病变区域，通过基于标注的统计图谱克服个体差异和不完全配准造成的影响，最后通过基于影像诊断专业知识的模糊推理系统，实现灰度异常病变

7、的自动化检出。关键词：非剐性配准，图像分割，数字化统计图谱，颅脑CT，病变检出中国科学技术人学博}学位论文ABsTRAcTABSTRACTWiththerapiddeVelopmentofsciencea11dtechnology，newa11dmodemequipmentssuchasMulti—sliceSpiralComputedTomographyhaVebecometheleadingins㈣entsformedicalimaging．TheseequipmentspmduceV01umedataofhi曲qualityandlargequa

8、ntity．WhileVolumedatapmVidesmoredetailedandmore