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专利号: 2021104603313
申请人: 湖南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于方向信息的腹部CT图像肝脏区域自动分割方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)建立包含原始CT图像和肝脏区域手动分割结果的训练数据集A;

(2)根据肝脏区域手动分割结果,获取图像中每个像素指向肝脏边界的方向,建立包含原始CT图像和方向信息的训练数据集B,其中,指向肝脏边界的方向信息获取过程如下:(a)根据肝脏手动分割结果,分别提取肝脏区域L的边缘像素集EL和非肝脏区域G中的边缘像素集EG;

(b)对于图像中每一个像素p,若p∈L,则从边缘像素集EG中寻找与其欧氏距离最近的像素ep;若p∈G,则从像素集EL中寻找与其欧氏距离最近的像素ep;

(c)根据像素点p和ep的相对位置关系,采用如下公式计算p指向肝脏边界的方向:其中,(xp,yp)和(xep,yep)分别表示像素p和ep的行坐标和列坐标;

(3)分别将训练数据集A和B输入深度神经网络模型进行训练,得到权重参数不同的两种模型,分别记作NA和NB;

(4)将待检测CT图像分别输入已训练的模型NA和NB,得到肝脏初始分割结果和指向肝脏边界的方向信息;

(5)利用方向信息指导肝脏初始分割结果进行收缩或扩张,得到最终的肝脏区域精确分割结果,具体包括:

(a)提取肝脏初始分割结果中的边缘像素集P={pi|i=1,2,…,n},其中n为边缘像素数目;

(b)对于每一个像素pi∈P,根据其方向信息搜索其指向的下一个像素pj,计算像素pi和pj的方向差值D=|αi‑αj|,其中αi和αj分别为像素pi和pj的方向信息;

(c)若方向差值D小于预设阈值T,则表明像素pi和pj的方向信息相似,二者同位于真实肝脏边界外侧,即非肝脏区域,或内侧,即肝脏区域,此时,需根据像素pj的初始分割结果对肝脏区域进行收缩或扩张,具体步骤如下:若像素pj在初始分割结果中被判定为肝脏,则将像素pi更新为非肝脏,使分割结果向内收缩;若像素pj在初始分割结果中被判定为非肝脏,则将像素pj更新为肝脏,使分割结果向外扩张;

(d)若方向差值D大于或等于预设阈值T,则表明像素pi和pj的方向信息差异较大,二者正好位于真实肝脏边界两侧,此时像素pi和pj的所属类别均保持不变;

(e)根据更新后的肝脏区域分割结果,重新获取边缘像素集P,重复步骤(b)~(d),直到肝脏分割结果中所有的边缘像素pi与其所指向的下一个像素pj的方向信息的差值均大于或等于预设阈值T。

2.如权利要求1所述的基于方向信息的腹部CT图像肝脏区域自动分割方法,其特征在于:在步骤(3)中,深度学习网络模型优选UNet或DeepLabv3+。

3.如权利要求1所述的基于方向信息的腹部CT图像肝脏区域自动分割方法,其特征在于:在步骤(3)中,训练网络模型NA和NB时,损失函数分别优选Dice和均方差损失函数,其中Dice损失函数定义为:

其中, 为采用网络模型NA对CT图像中第k个像素进行肝脏区域预测的结果,yk为CT图像中第k个像素的肝脏手动分割结果,N为CT图像中像素点的数目;均方差损失函数则定义为:

其中, 为采用网络模型NB对图像中第k个像素进行方向信息预测的结果,gk为根据肝脏手动分割结果计算得到的图像中第k个像素指向肝脏边界的方向信息。

4.如权利要求1所述的基于方向信息的腹部CT图像肝脏区域自动分割方法,其特征在于:在步骤(5)中,根据像素pi的方向信息搜索其指向的下一个像素pj的过程,具体为:首先将pi所有可能的方向信息等分为8个区间,其分别对应于像素pi的8个邻域像素,然后根据像素pi的具体方向信息αi所处区间,获取其所指向像素pj的坐标(xj,yj):其中,xi和yi分别表示像素pi的行坐标和列坐标。

5.如权利要求1所述的基于方向信息的腹部CT图像肝脏区域自动分割方法,其特征在于:T优选π/3~2π/3之间的常数。