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基于区域生长分割算法在医学图像中的研究

出处:论文网
时间:2019-01-06

基于区域生长分割算法在医学图像中的研究

  中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)10-0115-03

  1 引言

  图像分割的概念主要是指:将目标图像利用具体的算法操作将待处理图像分割成几个特定的、分别具有独特性质的区域,并把目标区域和背景分离出来的分割过程,分割结果的好坏直接关系着图像的进一步分析[1],也是在整个图像处理过程中比较困难和难以实现的一个步骤。

  对于医学图像来说,其图像自身包含很多的信息,可是往往只有其中的一部分是临床诊断所关心的,往往称这一部分为感兴趣区域(Region Of Interest, ROI),而相比较这一部分其余的部分则是对临床诊断来说并不感兴趣的区域。怎样在这些特定区域得到对临床研究有用的图像成分和解剖结构,是图像分割技术的核心问题。

  近几年来,有越来越多的学者和医学研究者在研究和临床案例中发现了右心室对心血管疾病的提前预测和后续诊断治疗方面的重要作用,右心室的医学意义也越来越多地受到认可,对于右心室的分割也愈来愈受到大家的重视,然而另一方面,右心室和左心室相比有更复杂的特性,比如说高变异性、壁薄,边界区域不够明显以及和周围组织之间难以进行区分等等,这一系列特征使得右心室分割在实践操作中又增加了一定的难度。近几十年来医学图像处理中提出了一些有价值的方法,比方说,基于统计形状模型、三维模型的方法[2]和基于形变模型的方法[3]取得了不错的效果。

  2 区域生长算法

  区域生长算法[4]的概念是指将具有满足某种相似特性的各个像素点被划分到同一个区域来实现分割。首先针对整幅图像的多个待分割区域,在每一个待分割的区域内选择一个种子点作为区域生长的起点,然后需要按照使自己目标最优化的生长准则或者把它周围与该个像素点特征相近或者相似的像素合并到预先设置的种子像素所在的区域中,之后把这些合并完成的新的像素作为种子区域按照上述方法继续进行生长,直到遍历完整幅图像,以至于整幅图像中没有满足预先设定的条件或者准则的像素可被合并到种子区域内时,结束整个区域生长分割过程。

  要想区域分割算法能够成功实施三个重要因素必不可少:(1)选择合理的种子点像素;(2)设计针对特定图像合理的生长准则;(3)制定合理的生长停止的条件。关于种子像素的选取,采取的手段既可以是通过人工交互的方法也可以通过采用全自动的方法。前者的方法不仅简单并且实用,可用于绝大多数的物体和图像,使用性更加广泛;后者方法则针对性比较单一,往往面对的是具体的问题,比如说,运用红外线来检测目标的时候,往往选择亮度最高的像素作为种子像素来使用。区域生长法[5]的算法有置信连接分割方法和孤立点连接分割方法等。

  右心室的磁共振图像如图1所示,第一排显示的为右心室在心底时期获取到的磁共振图像,第二排显示的为右心室在心尖时期获取到的磁共振图像,第一列的显示状态则是处于舒张末期,第二列显示的恰恰是处于收缩末期。由图1中可以总结出:不同病人甚至是同一个病人的右心室在不同的时期其获取的右心室的磁共振图像形状上也有很大的差别,而这一系列因素增加了对右心室得到有效分割的难度。

  2.1 置信连接分割法

  置信连接分割法的概念是:置信连接分割法实际上本身也是区域生长分割方法的一种,根据当前区域简单统计后的结果,并把种子点的某个邻域范围内的的所有像素点的灰度的平均值和标准差计算出来,之后按照提前设置好的因子和标准差的乘积当作范围,则邻域内像素点的灰度值在这个计算出的范围之内的情况下,则把这个像素点将被划分到这个区域之内。接下来,按照上次划分好的区域,再次计算上次划分好的区域内的所有像素点灰度的平均值和标准差,按照上面方法重新计算出灰度范围,再次检验当前区域的邻域的像素点的灰度值是否在新的灰度范围之内。直至达到迭代停止的条件:某一次迭代时并没有新元素被加入到这个区域或者是达到了迭代器设置的迭代次数的上限。表1显示了用置信连接分割方法分割右心室磁共振图像需要设置的参数、得到结果的Dice重合率和分割结果,图像的标号如图2(a)、图2(b)和图2(c)。

  分割结果如图2所示。

  2.2 孤立连接分割法

  孤立连接法也属于区域生长算法的一种,在分割过程中一般需要提前设置好三个参数,分别是:两个种子点和一个下门限值,生长区域被设置在与第一个种子点相连却孤立于第二个种子点的区域。?榱思煅檎飧鏊惴ê椭眯帕?接分割法的效果,本算法,仍然选择相同三幅图像进行操作,首先进行种子点的选取,然后设定合适的下门限灰度值分割三幅图像。表2显示了使用孤立连接法对上述三幅图像进行操作时需要用到的实验参数以及用孤立连接算法在参数下得到的分割图像的Dice重合率和分割结果,图像的标号如图3(a)、图3(b)和图3(c)。

  分割结果如图3所示。

  3 结语

  论文对右心室磁共振图像涉及的三幅图像进行简单分割。通过置信连接法和孤立连接法的分割结果和Dice重合率发现,以上两种方法的分割结果在个别磁共振图像上的分割达到了比较好的效果,并且要求操作者对于区域生长分割算法需要手动选取种子点等操作,另外,区域生长法对于右心室磁共振图像的分割结果中不足之处在于:使用区域生长法进行分割时,分割效果容易受到图像自身噪声的影响,容易造成区域空洞。

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