基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，特別涉及一種基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 宮頸癌是女性生殖器官最常見的H大惡性腫瘤之一，是危機(jī)女性生命W及影響生 活質(zhì)量的主要惡性腫瘤之一，居于女性生殖器官惡性腫瘤第一位。根據(jù)世界衛(wèi)生組織下屬 的國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（TheInternationalAgencyforResearchonCancer)2 月 3 日在 位于法國里昂的總部發(fā)表的2014世界癌癥報(bào)告，宮頸癌2012年在全球的新發(fā)病例達(dá)到50 多萬例，在女性惡性腫瘤中僅次于乳腺癌、直腸癌、肺癌，排第四位，同期宮頸癌導(dǎo)致的死亡 病例超過26萬余人，致死率僅次于乳腺癌、肺癌、直腸癌，居女性癌癥死亡率第四位。在欠 發(fā)達(dá)國家婦女中，宮頸癌是最常見的癌癥。近年來，年輕婦女的宮頸癌的發(fā)病率有增高趨 勢，成為年輕女性易患的H大主要癌癥之一。我國是宮頸癌發(fā)病和死亡的大國，發(fā)病率和死 亡率均約占世界的H分之一。因此對于宮頸癌患者的準(zhǔn)確診斷十分重要。正電子發(fā)射計(jì) 算機(jī)斷層掃描（positronemissiontomography,陽T)和電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（Computed Tomography,CT)作為分子影像手段，是目前臨床腫瘤領(lǐng)域常用的檢測手段，利用PET/CT對 腫瘤進(jìn)行定量分析可W為臨床提供準(zhǔn)確的診斷信息并輔助制定治療方案。
[0003] 目前臨床上最常用的定量分析的指標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)攝取值（standarduptake value，SUV)，SUV等于病灶的放射性濃度（kBq/ml)除W注射劑量（MBq)再除W體重化g)， 其次腫瘤體積，即MTV值，也被證明可W預(yù)測腫瘤的復(fù)發(fā)及評估預(yù)后。但是該些定量指標(biāo) 都依賴于腫瘤區(qū)域的準(zhǔn)確勾畫。此外在針對宮頸癌的放療方案中，也依賴于祀向區(qū)域的準(zhǔn) 確勾畫。考慮到手工分割的低效和較高的主觀性，自動(dòng)準(zhǔn)確的宮頸癌腫瘤分割是十分必要 的。但是，與其他腫瘤相比，宮頸癌腫瘤區(qū)域的勾畫則面對更多挑戰(zhàn)；一方面，由于腫瘤與宮 頸實(shí)質(zhì)的衰減系數(shù)相同，因此在CT圖像上難W準(zhǔn)確分辨；另一方面，由于膀脫與宮頸的位 置十分靠近，而膀脫中的尿液的放射性活度大于或近似等于腫瘤的放射性活度，因此在PET 圖像上也很難進(jìn)行自動(dòng)提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法，用于解決宮頸癌腫 瘤分割中難W自動(dòng)區(qū)分腫瘤區(qū)域和膀脫區(qū)域的問題，W使用戶可W快速準(zhǔn)確的分割宮頸癌 腫瘤從而輔助外科醫(yī)生進(jìn)行診斷治療及療效評估。
[0005] 本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法包括：
[0006] 獲取包含病變區(qū)域的待分割的原始PET圖像并進(jìn)行預(yù)處理和定位從而確定預(yù)處 理后的待分割病變區(qū)域PET圖像；
[0007] 根據(jù)病變區(qū)域的CT圖像和所述預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域陽T圖像構(gòu)造超圖，從 而初步確定所述PET圖像中的粗略腫瘤區(qū)域?yàn)槌跏剂闼郊?br>[0008] 對所述初始零水平集執(zhí)行改進(jìn)的水平集方法從而確定腫瘤區(qū)域；
[0009] 根據(jù)形態(tài)學(xué)運(yùn)算對所述腫瘤區(qū)域執(zhí)行邊緣平滑處理。
[0010] 本發(fā)明的有益效果為：
[0011] 本發(fā)明提出了一種基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法，解決了宮頸癌腫 瘤分割中難W自動(dòng)區(qū)分腫瘤區(qū)域和膀脫區(qū)域的問題，使用戶可W快速準(zhǔn)確的分割宮頸癌腫 瘤從而輔助外科醫(yī)生進(jìn)行診斷治療及療效評估，本發(fā)明所述方法具有速度快，精度高，魯棒 性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本技術(shù)可W準(zhǔn)確自動(dòng)地勾畫宮頸癌腫瘤，實(shí)現(xiàn)腫瘤和膀脫自動(dòng) 區(qū)分，在臨床診斷和治療上具有重大的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法的流程圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法中所述定位待分割病 變區(qū)域的示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法中所述改進(jìn)的水平集 方法迭代時(shí)的示意圖；
[0015] 圖4為應(yīng)用本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法的3個(gè)典型的宮頸 癌數(shù)據(jù)中腫瘤區(qū)域的分割結(jié)果及金標(biāo)準(zhǔn)的示意圖；
[0016] 圖5為本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法的分割結(jié)果與金標(biāo)準(zhǔn) 在進(jìn)行定量分析時(shí)的一致性示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 圖1為本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法的流程圖，如圖1所示， 本發(fā)明基于改進(jìn)的水平集的自動(dòng)腫瘤區(qū)域分割方法包括：
[0018] S1、獲取包含病變區(qū)域的待分割的原始PET圖像并進(jìn)行預(yù)處理和定位從而確定預(yù) 處理后的待分割病變區(qū)域PET圖像；
[0019] 優(yōu)選的，所述獲取包含病變區(qū)域的待分割的原始PET圖像并進(jìn)行預(yù)處理和定位從 而確定預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域陽T圖像包括：
[0020] 對所述包含病變區(qū)域的待分割的原始陽T圖像中的體素灰度值除W所注射的顯 影劑劑量和病人體重W轉(zhuǎn)換為SUV值，再進(jìn)行高斯濾波和上采樣，W使待分割的PET圖像的 分辨率與CT圖像相同，最后根據(jù)所述SUV值定位并確定預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域陽T圖 像。
[0021] 優(yōu)選的，所述根據(jù)所述SUV值定位并確定預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域PET圖像包 括：
[0022] 預(yù)處理過程，包括：
[0023] 將PET圖像每個(gè)體素的灰度值通過除W注射的18F-FDG的劑量及病人體重轉(zhuǎn)化為 SUV值，再進(jìn)行高斯濾波和上采樣，使其分辨率與CT圖像相同。同時(shí)，CT圖像也進(jìn)行相同的 局斯濾波；
[0024] 和定位過程，包括：
[00巧]計(jì)算包含病變區(qū)域的待分割的原始陽T圖像中每個(gè)切片的SUV峰值（SUVpeak，表 示對應(yīng)SUVmax也即最大SUV值的體素的26鄰域內(nèi)各體素的SUV值的平均值），選取腳部W上最大的SUV峰值的相鄰兩個(gè)最小SUV值之間對應(yīng)的切片作為病變區(qū)域所在切片從而確定 預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域PET圖像。
[0026]S2、根據(jù)病變區(qū)域的CT圖像和所述預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域PET圖像構(gòu)造超 圖，從而初步確定所述PET圖像中的粗略腫瘤區(qū)域?yàn)槌跏剂闼郊?br>[0027] 優(yōu)選的，所述根據(jù)病變區(qū)域的CT圖像和所述預(yù)處理后的待分割病變區(qū)域陽T圖像 構(gòu)造超圖，從而初步確定所述PET圖像中的粗略腫瘤區(qū)域?yàn)槌跏剂闼郊ǎ?br>[0028] 對所述