肺部氣道樹骨架的自動(dòng)提取、標(biāo)記和結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、人體肺部氣道樹主要包括氣管、主支氣管及葉、段各級(jí)支氣管（約23級(jí)分支），是呼吸系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)和功能的改變是呼吸系統(tǒng)疾病的重要原因和表現(xiàn)。MDCT（Multi-detector computed tomography, MDCT）是一種重要的、非創(chuàng)傷性氣道疾病評(píng)價(jià)手段。利用MDCT，一次屏氣即可獲得全肺連續(xù)和（或）重疊的、近似各向同性的高分辨率薄層(0.75-1.5 mm)結(jié)構(gòu)圖像。然而，MDCT獲取的海量數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)診斷和研究

2、提出了巨大的挑戰(zhàn)，需要利用先進(jìn)影像處理科學(xué)實(shí)現(xiàn)氣道自動(dòng)提取和結(jié)構(gòu)分析。
　　本文的目的是提出一種適用于肺部氣道樹結(jié)構(gòu)分析的方法，實(shí)現(xiàn)肺部氣道樹骨架的自動(dòng)提取、標(biāo)記和定量化分析。
　　本文使用自己建立的兩個(gè)模型和26組CT影像數(shù)據(jù)（均來自于中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院）進(jìn)行算法驗(yàn)證。首先，利用建立的模型對(duì)拓?fù)浼?xì)化算法進(jìn)行了驗(yàn)證，并提出了分組連通性檢驗(yàn)的改進(jìn)方法。然后，將改進(jìn)后的細(xì)化算法應(yīng)用于從CT圖像中分割提出的氣道樹模型。具體地

3、，在對(duì)圖像經(jīng)過形態(tài)學(xué)處理后，利用拓?fù)浼?xì)化方法提取肺部氣管骨架，對(duì)肺部氣管影像中的體素點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單點(diǎn)判斷，利用歐拉示性數(shù)和連通性兩個(gè)條件，將簡(jiǎn)單點(diǎn)刪除，得到肺部氣道樹的骨架。在肺部氣道樹骨架的基礎(chǔ)上，提取骨架的分叉點(diǎn)和葉子節(jié)點(diǎn)，對(duì)不同級(jí)數(shù)的支氣管使用不同顏色進(jìn)行連線，得到肺部氣道樹的樹狀結(jié)構(gòu)。最后，在樹狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行支氣管長(zhǎng)度和分叉角度的測(cè)量。
　　改進(jìn)后的拓?fù)浼?xì)化算法對(duì)建立的兩個(gè)模型可以得到完成正確的細(xì)化結(jié)果。另外，本文對(duì)26組

4、數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，成功提取所有數(shù)據(jù)的肺部氣道樹骨架，并且成功生成了22組骨架的樹狀結(jié)構(gòu)，其中樹狀結(jié)構(gòu)中沒有錯(cuò)誤分叉的骨架有14組。本文提取的肺部氣道樹樹狀結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)最高可達(dá)到15級(jí)，氣道樹的葉子節(jié)點(diǎn)最多有52個(gè)。最后，本文對(duì)所有數(shù)據(jù)中主支氣管進(jìn)行的量化分析發(fā)現(xiàn)，左主支氣管的長(zhǎng)度平均值為76.43 mm，右主支氣管長(zhǎng)度平均值為37.06 mm，左右主支氣管之間夾角的平均值為109.76度。所得左右主氣管長(zhǎng)度和分叉角度與已有文獻(xiàn)報(bào)道一致。