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肺部ct影像增强算法的研究与实现

肺部CT影像增强算法的研究与实现

作者：颜培玉沈阳航空工业学院

学位级别：硕士

医学影像已成为现代医学诊断和治疗的重要辅助手段。其中,ct影像因其分辨率高、对人体损伤小等特点,在临床中广泛应用。然而在ct成像过程中,由于人体结构和组织的复杂性以及成像系统的局限性,会导致影像解剖结构细节模糊、对比度差,最... 详细信息

医学影像已成为现代医学诊断和治疗的重要辅助手段。其中,ct影像因其分辨率高、对人体损伤小等特点,在临床中广泛应用。然而在ct成像过程中,由于人体结构和组织的复杂性以及成像系统的局限性,会导致影像解剖结构细节模糊、对比度差,最终影响临床诊断结果。为了便于医生对解剖结构细节和病变区进行更有效地观察和分析,对ct影像进行增强预处理具有重要的临床应用价值。论文在分析、总结国内外现有医学影像增强方法的基础上,对基于直方图分析的影像增强技术和基于Retinex理论的影像增强技术进行了深入的研究,针对特定的肺部ct影像增强过程中所遇到的具体问题,提出了相应的改进算法。本文主要工作如下: 1)针对肺部ct影像动态范围宽、细节丰富且感兴趣区域的面积相对较小、与其周围区域对比度低等特点,在分析现有直方图修正相关增强算法局限性的基础上,本文提出了一种基于局部特征分析的ct影像对比度增强算法。算法通过对影像灰度统计特性的分析,构造了非线性变换函数对影像局部动态范围进行拉伸,实现了一种新的灰度级自适应映射,有效实现了解剖细节结构的增强。在Matlab平台下对算法进行了实验分析,结果表明该算法克服了直方图均衡化全局方法的过增强和“简并”现象,以及自适应方法的计算负担大、对噪声抑制困难等缺陷,在改善ct影像整体视觉效果的同时有效地增强了解剖结构细节。算法已应用于一个肺癌CAD系统的预处理过程。 2)针对肺部ct影像的成像特点及现有的中心/环绕Retinex理论在影像增强应用中的局限性,本文提出了一种基于单尺度Retinex理论的ct影像增强算法。算法通过非线性增强操作在反射图像中加入亮度补偿,简化了对亮度图像的处理,并通过Gamma校正得到增强后的ct影像。在Matlab平台下对算法进行了实验分析,结果表明该算法降低了单尺度Retinex增强算法的计算复杂度并有效抑制了“光晕”现象,可同时实现影像的动态范围压缩、锐化和颜色恒常性,能够满足临床医学诊断的应用及相关计算辅助诊断系统的预处理需求。

关键词：肺部ct影像局部特征分析 Retinex 对比度增强

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肺部ct影像纹理特征分析方法与系统实现

肺部CT影像纹理特征分析方法与系统实现

作者：张丽君西藏民族大学

学位级别：硕士

肺部是人体重要的器官之一,对于肺部疾病的诊疗方法是临床应用研究的热点。由于肺部的解剖结构特点,利用医学影像数据目前是肺部疾病诊断的重要途径,低剂量计算机断层扫描(Computed Tomography,ct)影像由于其影像质量等因素,已给临床应... 详细信息

肺部是人体重要的器官之一,对于肺部疾病的诊疗方法是临床应用研究的热点。由于肺部的解剖结构特点,利用医学影像数据目前是肺部疾病诊断的重要途径,低剂量计算机断层扫描(Computed Tomography,ct)影像由于其影像质量等因素,已给临床应用带来了广阔的前景。然而,在诊断过程中,当数据量过多时诊断结果往往会受到医生的诊断水平、医生的视觉疲劳及患者个性化差异的影响,导致诊断结果的客观性难以保障。因此,本文以高效的特征分析方法为支撑,从医学影像中提取出关键信息以表征感兴趣区域(Region of Interest,ROI),将基于特征分析的影像组学引入到医学影像辅助诊断领域,有望克服上述不足。针对搜集到的高原肺部ct影像,进行ROI的精准分割以及特征分析,以此来探究ct影像中肺结核病理的改变反映在像素方面的差异程度。基于此,本文的具体工作如下:(1)针对高原人群肺部ct影像数据表征更为复杂,肺实质分割时极易产生的左右肺粘连、轮廓毛躁、边界模糊等情况的问题,给出一种基于U-Net模型改进的肺实质方法。采用大津法(OTSU)与数学形态学结合的方法预先完成肺部ct影像的数据预处理。首先,在编码阶段引入残差块(Residual block),用残差卷积替代普通的卷积来提高网络收敛的精度与速度;其次,在跳跃连接处引入增强注意力模块(Augmented Attention Module,AAM),对肺实质轮廓信息进行特征增强,提高分割精度;最后,考虑网络的处理效率,优化网络层数,降低网络模型的深度至4层,尽可能地保证分割质量与效率统一。利用公开数据集LUNA16验证了本文方法的正确性和有效性,实验表明,在所选取的评价指标上均有不同程度的提升。把训练后的网络应用于高原人群ct影像肺实质分割,较其他已有的方法而言,本文所给出的方法有一定的优势。(2)针对ct影像肺结核识别诊断中,单纯依靠形态学或者几何特征进行自动化诊断准确度差的问题,给出一种基于纹理特征为主的肺结核敏感特征分析方法。首先,基于Py Radiomics模型进行多层次特征提取,以纹理特征为主提取肺部ct影像的ROI特征数据并进行全面的分析;其次,进行原始特征数据的选择优化,将Mann-Whitney U检验、LASSO算法等结合,得到一组能综合描述影像信息的特征向量;然后,基于多个分类器模型进行训练,对比并选取出评价指标最优的模型;最后,引入SHAP(SHapley Additive ex Planation)模型对分类器进行解释和评价,探究在本文研究数据中影响肺结核ct影像判定的高敏感特征及影响程度。实验结果表明,基于本文实验数据,该方法通过更加全面、精确地特征描述,给出了肺结核ct影像与正常肺部ct影像在特征上的不同之处,精准获得了肺结核病理改变反映在像素方面的差异程度,这能在实际的临床肺结核病理检查中提供量化辅助诊断。(3)设计开发了肺部ct影像分割与特征分析系统,该系统主要包含分割与特征分析两个功能模块。分割模块实现了ct影像的肺实质自动化分割,包括导入、预处理、分割、保存等功能;特征分析模块实现了分割后ct影像特征的提取以及分析操作,包括导入、特征提取、特征优化、特征分析、数据可视化、数据保存等功能。上述功能均通过系统测试,在一定程度上便于用户使用。

关键词：肺部ct影像肺实质分割肺结核特征分析系统实现

肺部ct影像分析对糖尿病合并肺结核的早期诊断价值研究

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中外医学研究 2016年第3期14卷 52-53页

作者：凌杰湖南省胸科医院湖南长沙410000

目的:研究并分析肺部ct影像分析对糖尿病合并肺结核的早期诊断价值。方法:将2013年7月-2015年2月笔者所在医院收治的糖尿病合并肺结核54例患者纳入本研究组成观察组,另选择54例单纯肺结核患者组成对照组,两组患者均采用胸片正侧位检查... 详细信息

目的:研究并分析肺部ct影像分析对糖尿病合并肺结核的早期诊断价值。方法:将2013年7月-2015年2月笔者所在医院收治的糖尿病合并肺结核54例患者纳入本研究组成观察组,另选择54例单纯肺结核患者组成对照组,两组患者均采用胸片正侧位检查以及胸部ct扫描,对比两组患者病灶形态、病灶数目以及分布特征。结果:观察组与对照组患者在病灶形态、病灶数目与分布特征上比较差异均有统计学意义(P肺部ct影像有着一定的特殊性,多出现多发空洞与支气管播散灶,发生密度高,对于此类患者,需要早诊断、早治疗。但是,在诊断时若患者临床病症不明显,需要及时结合其他的辅助检查手段。

关键词：肺部ct影像糖尿病肺结核早期诊断价值

肺部ct影像用于糖尿病合并肺结核患者的早期诊断价值研究

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肺部CT影像用于糖尿病合并肺结核患者的早期诊断价值研究

面向肺部ct影像的双3D-CNN结节诊断模型

2017年度《中国组织化学与细胞化学》杂志临床研究研讨会

作者：赵志刚河北省邯郸市第一医院

目的:分析探讨肺部ct影像检测用于糖尿病合并肺结核患者的早期诊断价值。方法:对2016年02月-2017年02月我院收治的53例糖尿病合并肺结核患者(观察组)和64例肺结核患者(对照组)进行研究,两组患者均进行ct影像学检测,对比两组患者的临床... 详细信息

目的:分析探讨肺部ct影像检测用于糖尿病合并肺结核患者的早期诊断价值。方法:对2016年02月-2017年02月我院收治的53例糖尿病合并肺结核患者(观察组)和64例肺结核患者(对照组)进行研究,两组患者均进行ct影像学检测,对比两组患者的临床特点。结果:观察组患者的病灶形态、病灶数目以及其分布特征均与对照组之间存在显著性差异,两组相比差异显著(P<0.05);且观察组糖尿病合并肺结核患者的病情严

关键词：肺部ct影像糖尿病合并肺结核早期诊断

来源： cnki会议评论

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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第8期50卷 116-124页

作者：李大湘刘毅刘颖西安邮电大学通信与信息工程(人工智能学院) 陕西西安710121

为了捕获肺部ct影像中结节的三维不规则性并提高其诊断精度,本文设计了一种由筛到诊的双三维卷积神经网络(d3D-CNN)结节诊断模型.首先,构建了一个轻型3DCNN网络,且将它与全卷积运算相结合,利用卷积运算的高优化性,完成结节筛选并生成疑... 详细信息

为了捕获肺部ct影像中结节的三维不规则性并提高其诊断精度,本文设计了一种由筛到诊的双三维卷积神经网络(d3D-CNN)结节诊断模型.首先,构建了一个轻型3DCNN网络,且将它与全卷积运算相结合,利用卷积运算的高优化性,完成结节筛选并生成疑似区域;然后,利用空间-切片注意力机制自动学习疑似区域在空间和切片序列上的偏移量,设计可变形3D卷积模块,且将它与ResNet101相结合而构造成一个高精度3D-CNN结节诊断网络,用于对筛选出的疑似区域进行最终判决.对比实验结果表明,所提模型在误报率为1的情况下,召回率达到88.9%,有效地提高了肺结节良恶性诊断精度.

关键词：肺部ct影像肺结节诊断可变形3D卷积注意力机制

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糖尿病合并肺结核患者肺部ct影像分析

临床医药文献电子杂志 2015年第29期 6116-6117页

作者：马献花内蒙古鄂尔多斯准格尔旗大路新区医院放射科

目的研究糖尿病合并肺结核患者肺部ct影像中的症状特点。方法抽取本院2013年10月;014年10月收治的糖尿病合并肺结核患者48例作为研究组,同时选取同期来我院治疗的48例肺结核患者作为对照组,研究比较两组患者的肺部ct影像特点、临床症状... 详细信息

目的研究糖尿病合并肺结核患者肺部ct影像中的症状特点。方法抽取本院2013年10月;014年10月收治的糖尿病合并肺结核患者48例作为研究组,同时选取同期来我院治疗的48例肺结核患者作为对照组,研究比较两组患者的肺部ct影像特点、临床症状。结果两组患者肺部ct影像比较结果显示:对照组患者的病灶形态中,肿块、结节、渗出、实变分别占有20.83%,8.33%,41.67%、29.17%,其病灶位置位于上叶、小叶的患者分别有68.75%、29.17%;研究组患者的肿块、结节、渗出、实变分别占有29.17%,10.42%,33.33%、31.25%,其病灶位置则分布于上叶、中叶及下叶,分别为50.00%、33.33%及16.67%。两组患者的肺部ct影像比较差异有统计学意义（Pct影像特点有利于对患者病情进行及早、准确的诊断,具有应用价值。

关键词：糖尿病合并肺结核肺部ct影像研究

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糖尿病合并肺结核患者肺部ct影像探析

中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2022年第5期 132-135页

作者：蔡帅雷邯郸仁祥医院河北邯郸056003

针对糖尿病合并肺结核患者,通常采用ct检查的方式进行疾病的诊断,本文旨在分析该种方法的影像学特点。方法:选取我院近年来所收录的单一肺结核患者(40例),纳入到对照组当中。另外选取同期收录的糖尿病合并肺结核患者(40例),纳入到观察... 详细信息

针对糖尿病合并肺结核患者,通常采用ct检查的方式进行疾病的诊断,本文旨在分析该种方法的影像学特点。方法:选取我院近年来所收录的单一肺结核患者(40例),纳入到对照组当中。另外选取同期收录的糖尿病合并肺结核患者(40例),纳入到观察组当中。针对两组患者进行ct检查,并予以对比分析。结果:研究显示,从病变发生位置,病变累及范围来看,两组差异显著(Pct检查方法予以诊断,其在影像学上具有一定的特殊性,针对疾病的早期诊断意义重大。

关键词：糖尿病肺结核肺部ct影像

基于深度学习的肺部ct影像智能辅助诊断研究

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电脑编程技巧与维护 2023年第9期 120-122,176页

作者：刘艺峰罗亮湖南工商大学长沙410205

肺癌是一种常见的恶性肿瘤,其发病率和死亡率居于各种癌症前列,早期发现和诊断是提高肺癌患者生存率和生活质量的关键。肺部ct影像是目前肺癌筛查和诊断的主要手段,利用计算机技术和人工智能技术,开发了一种肺部ct影像智能辅助诊断系统... 详细信息

肺癌是一种常见的恶性肿瘤,其发病率和死亡率居于各种癌症前列,早期发现和诊断是提高肺癌患者生存率和生活质量的关键。肺部ct影像是目前肺癌筛查和诊断的主要手段,利用计算机技术和人工智能技术,开发了一种肺部ct影像智能辅助诊断系统,包括肺结节检测、肺结节分割、肺结节分类3个部分,主要工作为:提出了一种基于U-net的肺结节分割模型实现肺结节候选区域的精确分割;提出了一种基于3D CNN的肺结节分类模型实现肺结节类型(良恶性)的自动分类;提出了一种基于CGAN的肺结节生成模型,实现肺结节样本的数据增强和假阳性过滤。该系统对肺部ct影像进行自动化、精准化、高效化的分析和处理,引入了注意力机制、特征金字塔网络、焦点损失函数、全连接条件随机场等有效的方法和技术,克服了传统方法中特征提取困难、分类效果不理想等问题,具有重要的理论意义和实际价值。

关键词：肺癌肺部ct影像肺结节检测肺结节分割肺结节分类深度学习

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肺部影像解剖结构分割数据集及应用

中国图象图形学报 2021年第9期26卷 2111-2120页

作者：覃文军李小硕周庆华刘盼杨金柱东北大学医学影像智能计算教育部重点实验室沈阳110169 东北大学计算机科学与工程学院沈阳110169

目的从影像中快速精准地分割出肺部解剖结构可以清晰直观地分辨各解剖结构间的关系,提供有效、客观的辅助诊断信息,大大提高医生的阅片效率并降低医生的工作量。随着影像分割算法的发展,越来越多的方法应用于分割肺部影像中感兴趣的解... 详细信息

目的从影像中快速精准地分割出肺部解剖结构可以清晰直观地分辨各解剖结构间的关系,提供有效、客观的辅助诊断信息,大大提高医生的阅片效率并降低医生的工作量。随着影像分割算法的发展,越来越多的方法应用于分割肺部影像中感兴趣的解剖结构区域,但目前尚缺乏包含多种肺部精细解剖结构的影像数据集。本文创建了一个带标签的肺部ct/ctA(computer tomography/computer tomography angiography)影像数据集,以促进肺部解剖结构分割算法的发展。方法该数据集共标记了67组肺部ct/ctA影像,包括ct影像24组、ctA影像43组,共计切片图像26 157幅。每组ct/ctA有4个不同的目标区域类别,标记对应支气管、肺实质、肺叶、肺动脉和肺静脉。结果本文利用该数据集,用于肺部ct解剖结构分割医学影像挑战赛——2020年第四届国际图像计算与数字医学研讨会,该挑战赛提供了一个肺血管、支气管和肺实质的评估平台,通过Dice系数、过分割率、欠分割率、医学和算法行业专家对分割和3维重建效果进行了评估,目的是比较各种算法分割肺部解剖结构的性能。结论本文详细描述了包括支气管、肺实质、肺叶、肺动脉和肺静脉等解剖结构标签的肺部影像数据集和应用结果,为相关研究人员利用本数据集进行更深入的研究提供参考。

关键词：肺部解剖结构肺部ct影像数据集图像分割医学影像