X线胸片图像分割特征提取与分类方法研究.docx

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1、分类号密级UDC学位论文X线胸片图像分割、特征提取与分类方法研究作者姓名：段慧东指导教师：邵虹副教授东北大学中荷生物医学与信息工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学泮专业称生物医学工程论文提交日期：2013年6月9日论文答辩日期：2013年6月27日学位授予日期：答辩委员会主席：张耀楠评阅人：齐守良、王宏生东北大学2013年6月AThesisinBiomedica1EngineeringStudyofSegmentation,TextureFeatureExtractionandC1assificationMethodsofChestRadiographsSupervisor:Associ

2、ateProfessorShaoHongNortheasternUniversityJune2013独创性声明本入声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名中文湛古日期：扣7.1学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年匕一年口一年半口两年百/学位论文作者签名：衾裴占，导师签名：k七1签字日期：签字日期：1(3.7JX线胸片图像分割、特征提取和分类方法研究摘要X射线诊断是重要的放射诊断依据之一。胸腔由千包含了人体很多重要器官，所以X线胸片的诊断占所有放射线影像诊断的40%以上。然而X线胸片图像质量存在很大缺陷，如对比度低，器官重叠，边界模糊等，严重影响了X线胸片的临床价值。因此，X线胸片图像处理技术有若重要的医学价值和应用意义。本文主要从四个方面M线胸片图像处理技术进行研究：X线胸片团像的增强与预处理，X线胸

4、片图像的分割，X线胸片图像纹理特征提取以及X线胸片图像的分类.X线胸片图像预处理部分实现了对X线胸片图像的直方图均衡化、中值滤波和形态学滤波，提升图像整体的对比度，降低噪声影响。在增强部分对图像进行了高斯-拉普拉斯金字塔增强，很大程度上提高了X线胸片图像的质量。X线胸片图像分割部分主要实现了肺部轮廓的分割。这里采用了阅值分割法、导数分割法和主动形状模型ASM分割方法。阑值分割运用RtSU法使得图像直方图类间方差朵大来确定最佳阅值，实验结果表明经过增强的图像使用阙值法分割效果较好。导数分割法首先划分出肺部轮廓所占据的大致区域，然后通过局部灰度一阶导数的最值确定了肺部轮廓点。该方法对轮廓边缘判断准

5、确，但对噪声敏感，要求准确的自动划分出肺部轮廓所占区域。主动形状模型ASM分割法通过标记训练集，对齐训练集，获取训练集轮廓的局部灰度统计信息，在具体图像分割中，根据训练结果首先得出目标初始轮廓，然后通过目标初始轮廓的局部灰度统计信息与训练集的局部灰度统计信息之间的距离迭代调整初始轮廓位笠，最后得到目标的朵终轮廓。该方法取得了良好的分割效果。X线胸片图像纹理特征提取部分以增强和分割的结果为基础选择提取了图像的分形和小波特征。在提取分形特征时，首先对图形进行变换得到一系列细节子图形，然后对细节图像进行分形特征的提取。小波特征的提取方法这里采用四层小波分解，求取分解后各子图像的灰度均值和方差作为小波

6、特征。这里的分形和小波特征都突出了图像的细节信息。X线胸片图像的分类主要完成正常X线胸片和肺癌X线胸片的区分。利用已得到的分形与小波特征，采取支持向朵机SVM的方法进行特征分类。最后交叉验证分类的准确性。从实验结果数据来看，分形特征的分类效果要更好一些。最后实现了一个X线胸片图像处理系统，系统可以完成对X线胸片图像进行增强，直方图均衡化和阅值分割等操作。本文X线胸片图像处理各个步骤结果良好，每一部分成果都可单独拿出应用千实际。本课题最的最终目的图像分类的工作也较好的完成，但算法都有继续改进也关键翊X线胸片：图像增强；肺部轮廓分割；特征提取；图像分类Abstract朱，大一由1:小，Iffrac

7、ta1andwave1etfeaturecanref1ecttheimagedetai1sinsomeextent.Theaimofchestradiographc1assificationistodistinctthenorma1radiographstothe1ungcancerones.SupportVectorMachine(SVM)istriedtodothisjobbyusingthefracta1andwave1etfeature,thencrossVa1idatiooisapp1iedtova1idatetheprecisionofc1assificationmethod.Th

8、efracta1featureperformsbetterintheexperiment.W1t,smore,achestradiographprocessingsystemisrea1ized,andthesystemcanbeapp1iedtodotheenhancement,histogramequa1izationandthresho1dsegmentationeta1tochestradiograph.Thechestradiographprocessingmethodsadaptedinthispaperperformwe11andeachparicanbeapp1iedtopra

9、ctice.Asthefina1aim,theimagec1assificationworkswe11here,butthea1gorithmsti11hasroomforimprovement.Keywords:ChestRadiograph;ImageEnhancement;1ungContourSegmentation;TextureFeatureExtracting;ImageC1assification目录声明I.中文摘要V-JJAbstract.e.ee.Jj第1章绪论1.11X线胸片的重要性1.12医学XBH-IUt处理和分析的目端口意义11.3国内外研究现状3131X线胸片图像

10、增强研窕现状3.1.1.2 X线胸片图像分割技术研究现状4.1.1.3 X线胸片图像纹理特征提取研究现这413.4X线胸片图像分类技术研究现状6.1.4 本文主要工作7.1.5 本文章节结构7.第2章X线胸片图像增必2. 1X线胸片图像预处理基础方法9.2.1.1 直方图均衡化9.2.1.2 中值漉波102.1.3 形态学滤波I12.2 高斯一拉普拉斯塔式金字塔图像增强142.2.1 图像分解1.42.2.2 高频信息的非线性变换152.2.3 图像重构1.6.2.3 实验结果与分析17.2.4 本竟小结19.第3章X线胸片图像肺部轮廓分割203.1 图像分割概述20.3.1.1 图像分割定义

11、203.1.2 图像分割的基本方法203.2 肺部区域分割基本方法23.2 .1阑值分割法21322导数分割法22.3.3 主动形状模型分割算法27.-V-33I型的建立27.3.3.2 局部灰度模型的建立、293.3.3 在图像搜索中使用点分布模型ASM303.3.4 实验结果与分析3.13.4本章小结33第4章X线胸片图像纹理特征提取.：.34.41纹理34.42分形维数知识介绍354.2.1分形维数的定义与性质35.422分形维数的估计364.3小波知识介名召.-*-374.3. 1一维小波变换-374.3.2二维小波变换38445麒提取：；:；:；:；:；:；:；:；:中。4.5.1小

12、波基的选择-,414.5.2算法流程4.24.6征结果-4247本车小结43.参考文献任-VI-到67攻读学位期间学术成果6.8.第1章绪论1IX线胸片的重要性医学影像是疾病诊断中最重要的信息之1895年，德国物理学家伦琴发现X射线至今100年来，各种各样的影像技术的发展层出不穷，这些成像技术包括：计算机X线断层成像技术(CornPUtedTomography,CT)、正电子放射层析成像PositronE1111ssionComputedTomography,PET)、单光子辐射断层成像(SingIe-PhOtOnEmissionComputedTomography,SPECT)、核磁共振成像

13、(MagnetiCResonanceImaging,M邸、超声成像(U1tras。Und)等。这些先进的影像技术得到了广泛的关注、研究和应用，但是传统X射线诊断仍然是厘要的放射谶i依据之一。胸腔被喻为人体健康和疾病的镜子，因为它包含了许多种组织，可以提供人体多方面的信息，比如肺部疾病的诊断、肋骨骨折及损伤、心脏扩大症、心肺系数等都可以通过X线胸片来识别和确定。胸部X线检查仍然是医院影像诊断的常规检查项目，即使需要2T、MR1检查的病例，也常需要参考胸部X线检查的表现。X线胸片的诊断以其低廉的价格和微弱的放射剂量占所有放射线影像诊断的40%以白。这体现了X线胸片在医学领域里的重要应用价值.放射线

14、胸片(CheStRadiOgraPhy最早可以追溯至J.十世纪初期，是最古老的肺部成像方式之一.在胸片成像过程中X线穿透胸腔投影到X线灵敏材料上。商密度组织(例如骨质)比充满空气的肺部组织吸收更多的X线光子，而成像的像素灰度值与探测器接收到的X线能僵成比例(或在某些情况下成反比)，于是，胸片图像就形成了一个胸部的二维图像。传统的放射线成像(Radiography)直接将信息成像在胶片上，而新近迅速发展起来的计算机放射线成像(ComPUterRadiOgraPhy)先将图像成像在IP(ImagingP1aIe)板上，再经X线曝光及信息读出，形成数字式平片影像。新近发展起来的另外一种趋势是直接成像

15、(DirectRadiography),它可以直接获得数字图像。这两种形式获取的X光胸片团像都可以直接或间接的以数字方式呈现出来。本文在没有特别注明的情况下，对干数字形式的胸片，并不对其形成的方式加以区分，而是将它们统称为计算机放射线胸片，或数字放射线胸片，并简称为医学X线胸片。1.2 医学X线胸片图像处理和分析的目的和意义由干X线胸片的特殊性，分析它们的任务是具有挑战性的即使是经验丰富的专家也经常会感到棘手。X线胸片图像最大的缺陷是图像分辨率低，噪声干扰严重，对千一些细微的组织结构和病灶难以分辨。这是由于胸砌织对X光的吸收率差别过大，例如在肺区既有强烈吸收X光的骨骼、血管，也有很少吸收X光的两肺叶等，因此X线图像很难