醫(yī)學(xué)圖像邊界檢測(cè)與輪廓線提取

輪廓線的提取主要內(nèi)容研究背景12CT切片圖像預(yù)處理綜合應(yīng)用43邊緣檢測(cè)與輪廓線提取5總結(jié)研究背景

如今，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，如計(jì)算機(jī)斷層掃描、磁共振、PET和B超等，被廣泛用于醫(yī)療診斷和外科手術(shù)規(guī)劃中。隨著計(jì)算機(jī)成、像和掃描技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以由醫(yī)學(xué)圖像（如CT圖像）生成醫(yī)用三維模型。

重建后的三維模型可以提供寶貴的醫(yī)療信息，可以作為一個(gè)強(qiáng)大的診斷工具使外科醫(yī)生能夠了解人體復(fù)雜的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，還可以用于制造人造器官（人造骨，血管）和各種醫(yī)學(xué)仿真和分析。醫(yī)學(xué)圖像生成三維模型對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的三維重建，現(xiàn)在存在著很多方法，但大多數(shù)可以歸為兩類：醫(yī)學(xué)圖像生成三維模型基于體素的方法基于輪廓線的方法基于輪廓線的方法1.從醫(yī)學(xué)圖像中提取出橫截面輪廓數(shù)據(jù)2.對(duì)橫截面輪廓線進(jìn)行平滑處理3.由各個(gè)橫截面的輪廓線生成三維模型表面基于輪廓線的方法用于進(jìn)行顱骨及人臉三維重構(gòu)的CT數(shù)據(jù)，從原始數(shù)據(jù)的采集到生成重構(gòu)所需的輪廓，即等值線，經(jīng)歷了如下圖的數(shù)據(jù)流程。CT切片圖像預(yù)處理由于CT數(shù)據(jù)的采集過程中不可避免地產(chǎn)生噪聲，同時(shí)還會(huì)造成數(shù)據(jù)的比例、位置和角度等發(fā)生變化，所以在使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)之前必須對(duì)其進(jìn)行一定處理，這樣才能使得后續(xù)的模型生成、繪制和其它的三維處理獲得較好的性能。為實(shí)現(xiàn)顱骨和人臉的三維重構(gòu)，需要從二維CT斷層圖像提取出人臉及顱骨的輪廓線，為三維重構(gòu)做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。CT切片圖像預(yù)處理在通過CT機(jī)獲取顱骨及人臉的數(shù)據(jù)之后，也要把CT機(jī)輸出的符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于處理的自己定義的IMA格式(主要包括圖像的灰度信息)，如下所示。圖像平滑圖像平滑的目的是去除數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的噪聲。圖像平滑的原則是:用濾波器有選擇的去除噪聲。

常用的濾波器有：

高斯濾波、均值濾波

中值濾波、雙邊濾波（Bilateralfilter）輪廓提取算子圖象的一階導(dǎo)數(shù)可以用于檢測(cè)圖象的邊緣，一階導(dǎo)數(shù)通?？梢酝ㄟ^二維梯度來近似計(jì)算，于是產(chǎn)生了各種提取圖象邊緣的梯度算子。比較常見的梯度算子有：Prewitt算子Sobel算子Canny算子高斯拉普拉斯算子實(shí)質(zhì)是一種基于梯度的濾波器:濾除梯度較小的像素，留下梯度值較大的邊緣像素。輪廓提取算子四鄰域法用四鄰域法提取骨骼輪廓線的思路簡(jiǎn)單地說就是:在二值圖象中，用判斷骨骼上每個(gè)象素點(diǎn)四鄰域內(nèi)其他象素點(diǎn)灰度的方法提取輪廓線具體地講就是:在二值化的CT圖象上，骨骼上的點(diǎn)均呈白色而背景圖象中的象素點(diǎn)均呈黑色，對(duì)于圖象上的每個(gè)白色象素點(diǎn)來說，以該點(diǎn)為中心判斷它的四鄰域內(nèi)其它象素點(diǎn)的灰度，若四鄰域內(nèi)有一個(gè)象素點(diǎn)的灰度與該點(diǎn)不同，也就是四鄰域中有一個(gè)點(diǎn)為黑色，則該白色點(diǎn)為骨骼輪廓線上的點(diǎn)，否則該點(diǎn)就是骨骼內(nèi)部的點(diǎn)。用該方法對(duì)圖象上的所有白色象素點(diǎn)進(jìn)行判斷就會(huì)得到骨骼的全部輪廓線，由于骨骼在CT圖象上是離散分布的，所以用四鄰域法得到的骨骼輪廓線是離散分布的若干條封閉的曲線并且是單象素曲線。射線掃描用梯度算子和四鄰域法取得的骨骼輪廓線是若干條封閉的曲線，包括內(nèi)外兩層。為了得到無厚度的三維顱骨模型必須對(duì)提取到的輪廓線進(jìn)行簡(jiǎn)化，取出最外層的骨骼輪廓線。當(dāng)射線接觸到輪廓線時(shí)終止該條射線的掃射保留每條射線在輪廓線上碰到的第一個(gè)點(diǎn)。當(dāng)四個(gè)方向全部掃射完以后就會(huì)得到骨骼最外層的輪廓線，該輪廓線是一組不封閉的，離散的曲線段。射線掃描經(jīng)過射線掃描后得到的外層輪廓線輪廓線的平滑處理

一旦有了輪廓數(shù)據(jù)，就可通過連接相鄰輪廓線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建表面模型。但醫(yī)學(xué)圖像的人為因素較多，有時(shí)相鄰輪廓的形狀差異變化很大，這導(dǎo)致擬合后形成的模型表面粗糙，多褶皺。這就需要用平滑算法處理輪廓數(shù)據(jù)，減緩輪廓數(shù)據(jù)中的突變，獲得較為平滑的輪廓線，進(jìn)而通過蒙皮算法