孤立性肺结节的三维可视及特征提取的研究

发布时间：2017-04-25 23:08

  本文关键词：孤立性肺结节的三维可视及特征提取的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代生活中,肺癌是目前发病率和死亡率持续增加的疾病之一。肺癌的早期表现通常为孤立性肺结节,而孤立性肺结节由于其半径较小容易被医师忽略。可见,肺癌的早期发现和检测对于提高肺癌后期的治疗有着很大的影响。因此孤立性肺结节的三维可视化及其特征提取的研究迫在眉睫。这关键源于三维可视化可以更加直观,更加形象的将患者的肺部呈现在医生面前,更加方便医生从三维立体的角度全面的对患者的病灶特征进行提取。本课题在研究国家自然科学基金《基于混合成像的孤立性肺结节计算机辅助诊断方法》和《基于医学影像结构和功能混合特征的周围型肺癌计算机辅助诊断》的基础上,对病灶的常用三维可视化技术和三维特征提取和量化进行了探究,在此基础上提出了一种更加准确的体积特征测量方法。在孤立性肺结节的可视化方面针对前人的研究方法以及做出的改进方面进行了深入的研究,在三维特征提取方面,对孤立性肺结节的体积、表面积、灰度均值、灰度标准差、空间位置、球形度等特征进行了提取和量化,并针对孤立性肺结节体积大小的计算方法进行了深入的研究探讨,提出了新的研究方法。首先,传统的研究中主要的方法是先对原始二维CT图像进行处理,分割得到二维的肺结节图像,然后采用三维重建的方法对其进行可视化。该方法存在的问题是由于CT断层扫描图像中含有肺结节的图像数量较少,当肺结节图像开始出现或者结束时,CT图像中含有的肺结节信息较少容易被忽略而造成肺结节的分割不完整,且每张图片均进行分割造成的误差较大,使得三维可视化后的孤立性肺结节不完整,出现特征丢失等问题,本文的主要解决方法是:首先对ct图像使用聚类分割的方法得到肺实质部分,然后对分割以后的肺实质采用面绘制的方法进行三维可视化,最后在三维肺实质的基础上采用改进的三维分割方法实现孤立性肺结节的三维可视化,有效的减少了可视化后孤立性肺结节的信息丢失问题。另外,为了使得三维可视化后的孤立性肺结节更加完整,本文首先对原始的ct和pet图像进行了一系列的预处理,包括图像去噪、图像增强以及图像插值等。然后,针对现阶段肺结节特征选择和分类过程中均是从二维图像特征出发,而忽视了肺结节的三维特征。本研究中对孤立性肺结节的部分三维特征如体积、表面积、球形度、凸形度和空间位置等进行了提取和量化。由于体积大小随时间变化的增长与否是判断良恶性肺结节的一个重要指标,本文提出了一种更加准确的测量肺结节体积的方法。首先,由于孤立性肺结节的类球体性,对可视化后的肺结节计算其质心所在位置坐标,判断肺结节上的点到质心的距离,并取距离的最大值为外接球体的半径,以质心所在位置为球心,最大距离为半径产生外接球体;然后在该球体内利用蒙特卡洛的方法生成分布均匀的伪随机点,并判断伪随机点的位置是在肺结节的内部还是外部,统计其数量;最后使用体积比例法求得孤立性肺结节的体积大小。并通过实验进行了对比,结果表明,该算法在计算肺结节的大小准确度以及误差等方面表现优越。
【关键词】：三维可视化 孤立性肺结节 特征提取 体积测量 蒙特卡罗
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R734.2;TP311.13
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 三维可视化技术的研究现状13-14
• 1.2.2 三维特征提取研究现状14-15
• 1.3 本文的主要工作15-16
• 1.4 论文的组织结构16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 三维可视化技术和特征提取综述18-26
• 2.1 三维可视化技术18-25
• 2.1.1 三维可视化技术定义18
• 2.1.2 三维可视化工具包18-19
• 2.1.3 三维可视化方法19-25
• 2.2 三维特征提取25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 基于三维区域增长的孤立性肺结节的可视化26-40
• 3.1 区域增长方法概述26
• 3.2 孤立性肺结节的三维可视化26-33
• 3.2.1 图像预处理27-30
• 3.2.2 肺实质的聚类分割30-32
• 3.2.3 肺实质的三维可视化32
• 3.2.4 肺结节的三维可视化32-33
• 3.3 实验结果对比和分析33-37
• 3.4 本章小结37-40
• 第四章 孤立性肺结节的三维特征提取40-52
• 4.1 三维特征提取40-43
• 4.2 基于拟蒙特卡罗的肺结节体积测量方法43-48
• 4.2.1 蒙特卡罗的概述43-47
• 4.2.2 拟蒙特卡罗的方法测量肺结节体积大小47-48
• 4.3 实验结果对比和分析48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 总结和展望52-54
• 5.1 总结52-53
• 5.2 展望53-54
• 参考文献54-60
• 致谢60-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录62

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