基于变分法的PET/CT肿瘤分割算法研究
发布时间：2022-01-27 06:58
PET（Positron Emission Tomography）是一种分子水平功能成像技术,能描述病变组织与正常组织代谢功能上的差异。PET成像能有效检测人体组织的早期病变,已成为癌症早期诊断和治疗的重要工具。精确分割PET图像中的肿瘤区域对癌症治疗非常重要,它能确保在放疗过程中将放射剂量最大程度地作用于癌症组织,同时减少对周围正常组织和重要器官的伤害。然而,由于部分容积效应的影响,PET图像中的肿瘤边缘是模糊的,且PET图像具有高噪声和强度不均匀的特点,精确分割PET图像中的肿瘤区域非常困难。CT（Computed Tomography）是一种解剖成像技术,提供人体的组织结构信息,比PET成像的分辨率高,结合PET和CT图像的互补信息能提高肿瘤的分割精度。本文主要研究如何根据PET和CT图像的特性设计先进的肿瘤分割方法。PET图像的模糊特性和高噪声特性导致精确定位肿瘤边缘异常困难,考虑到图像复原和目标分割具有相互促进的关系,本文将全变分半盲解卷积方法和Mumford-Shah（MS）分割方法集成到一个变分框架中,设计了一个可以同时实现PET图像复原、肿瘤分割和模糊核估计的变分模型,...
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）PET/CT扫描仪[22]
校正过程；De Bernardi 等[75]进一步探索了这种思路，使用最大似然重建算法校正部分容积效应，使用 K 均值聚类方法分割肿瘤，并使得这两个过程交替进行。这类方法都只适合分割简单的匀质肿瘤，不适合分割复杂的异质肿瘤，并且这类方法要求成像过程中的模糊核函数是已知的，而 PET 成像过程的模糊核函数是未知的，所以研究更有效的能有效处理 PET 图像部分容积效应的分割方法具有重大意义。1.2.2 PET/CT 多模态肿瘤分割方法概述如本文上一节所述，PET 图像提供人体的功能和新陈代谢信息。在 PET 图像中，恶性肿瘤和正常组织间有较高的对比度（如图 1-2（a）和（c）所示），但是 PET 成像系统的空间分辨率很低，这导致 PET 图像中的肿瘤边缘通常是模糊的（如图 1-2（e）和（g）所示）。此外，肿瘤对放射性示踪剂摄取的异质性会导致 PET 图像中肿瘤区域强度不均匀（如图 1-2（c）和（g）所示）。这些原因都严重影响了单模 PET图像的分割精度。
(g)(h)(i)图 2-3 一个 FWHM 值为 6mm，SBR 为 2:1，目标半径为 4mm 的数字仿真数据的复原、分割模糊核估计结果：（a）原模糊图像，（b）原模糊图像中红色水平线上各点的体素值分布，（c）实的模糊核，（d）复原图像，（e）复原图像中红色水平线上各点的体素值分布，（f）估计出的糊核，（g）真实的清晰图像，（h）模型优化过程中 σ1的收敛曲线，（i）模型优化过程中 σ2的收曲线。图 2-3 展示了 FWHM 值为 6mm、SBR 为 2:1、目标半径为 4mm 的数字仿真据的复原、分割和模糊核估计结果。原模糊图像中红色水平线上（图 2-3（a））各的体素值分布近似于一个高斯函数（图 2-3（b）），这说明目标边缘是模糊的。图 2（d）显示，本章方法得到的复原图像在视觉水平上和真实的清晰图像（图 2-3（g一模一样。复原图像中红色水平线上各点的体素值分布（图 2-3（e））也表明，本方法获得了很好的复原结果。估计出的高斯模糊核不同方向的核宽分别是σ1=2.78m
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模态生物医学成像技术-PET/CT的临床应用价值[J]. 王荣福,王飞. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[2]18F-FDG PET/CT在急性白血病诊治中的临床应用进展[J]. 赵靖,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[3]PET/CT在甲状腺癌的临床应用进展[J]. 孙丽昕,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[4]18F-FDG PET/CT在心脏肿瘤诊断的临床应用价值[J]. 卢霞,孟晶晶,柏江,王蒨,张晓丽,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[5]PET/CT设备的成像原理及技术发展方向[J]. 金鑫,张勇. 中国医疗器械信息. 2016(03)
[6]多模态影像技术在临床中的应用进展[J]. 佟正灏,王荣福. CT理论与应用研究. 2014(04)
博士论文
[1]多模态肿瘤图像联合分割方法研究[D]. 蒋君.南方医科大学 2014
[2]正电子发射断层成像中的数学模型与算法[D]. 滕月阳.东北大学 2012
硕士论文
[1]基于随机森林和BSS特征的PET-CT肺肿瘤分割[D]. 蒋雪晴.苏州大学 2016
[2]基于随机游走和图割算法的PET-CT肺肿瘤分割[D]. 鞠薇.苏州大学 2015
[3]基于分数阶水平集的PET心脏图像分割算法研究[D]. 张丛嵘.东北大学 2013
本文编号：3611999
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（a）PET/CT扫描仪[22]
校正过程；De Bernardi 等[75]进一步探索了这种思路，使用最大似然重建算法校正部分容积效应，使用 K 均值聚类方法分割肿瘤，并使得这两个过程交替进行。这类方法都只适合分割简单的匀质肿瘤，不适合分割复杂的异质肿瘤，并且这类方法要求成像过程中的模糊核函数是已知的，而 PET 成像过程的模糊核函数是未知的，所以研究更有效的能有效处理 PET 图像部分容积效应的分割方法具有重大意义。1.2.2 PET/CT 多模态肿瘤分割方法概述如本文上一节所述，PET 图像提供人体的功能和新陈代谢信息。在 PET 图像中，恶性肿瘤和正常组织间有较高的对比度（如图 1-2（a）和（c）所示），但是 PET 成像系统的空间分辨率很低，这导致 PET 图像中的肿瘤边缘通常是模糊的（如图 1-2（e）和（g）所示）。此外，肿瘤对放射性示踪剂摄取的异质性会导致 PET 图像中肿瘤区域强度不均匀（如图 1-2（c）和（g）所示）。这些原因都严重影响了单模 PET图像的分割精度。
(g)(h)(i)图 2-3 一个 FWHM 值为 6mm，SBR 为 2:1，目标半径为 4mm 的数字仿真数据的复原、分割模糊核估计结果：（a）原模糊图像，（b）原模糊图像中红色水平线上各点的体素值分布，（c）实的模糊核，（d）复原图像，（e）复原图像中红色水平线上各点的体素值分布，（f）估计出的糊核，（g）真实的清晰图像，（h）模型优化过程中 σ1的收敛曲线，（i）模型优化过程中 σ2的收曲线。图 2-3 展示了 FWHM 值为 6mm、SBR 为 2:1、目标半径为 4mm 的数字仿真据的复原、分割和模糊核估计结果。原模糊图像中红色水平线上（图 2-3（a））各的体素值分布近似于一个高斯函数（图 2-3（b）），这说明目标边缘是模糊的。图 2（d）显示，本章方法得到的复原图像在视觉水平上和真实的清晰图像（图 2-3（g一模一样。复原图像中红色水平线上各点的体素值分布（图 2-3（e））也表明，本方法获得了很好的复原结果。估计出的高斯模糊核不同方向的核宽分别是σ1=2.78m
【参考文献】：
期刊论文
[1]多模态生物医学成像技术-PET/CT的临床应用价值[J]. 王荣福,王飞. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[2]18F-FDG PET/CT在急性白血病诊治中的临床应用进展[J]. 赵靖,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[3]PET/CT在甲状腺癌的临床应用进展[J]. 孙丽昕,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[4]18F-FDG PET/CT在心脏肿瘤诊断的临床应用价值[J]. 卢霞,孟晶晶,柏江,王蒨,张晓丽,王荣福. 肿瘤学杂志. 2017(06)
[5]PET/CT设备的成像原理及技术发展方向[J]. 金鑫,张勇. 中国医疗器械信息. 2016(03)
[6]多模态影像技术在临床中的应用进展[J]. 佟正灏,王荣福. CT理论与应用研究. 2014(04)
博士论文
[1]多模态肿瘤图像联合分割方法研究[D]. 蒋君.南方医科大学 2014
[2]正电子发射断层成像中的数学模型与算法[D]. 滕月阳.东北大学 2012
硕士论文
[1]基于随机森林和BSS特征的PET-CT肺肿瘤分割[D]. 蒋雪晴.苏州大学 2016
[2]基于随机游走和图割算法的PET-CT肺肿瘤分割[D]. 鞠薇.苏州大学 2015
[3]基于分数阶水平集的PET心脏图像分割算法研究[D]. 张丛嵘.东北大学 2013
本文编号：3611999
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