【肺实质分割】基于主动轮廓模型和贝叶斯方法识别实现胸膜旁肺实质分割附matlab代码

本文探讨了利用Matlab开发的肺部CAD系统,通过 Chan-Vese 分割和智能优化算法,实现肺实质分割,辅助医生检测早期肺癌。重点介绍了从肺部CT图像中提取肺结节的方法,包括肺部轮廓提取、滤波处理和结节区段分析。

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⛄ 内容介绍

肺癌是世界范围内发病率及致死率最高的恶性肿瘤之一,每年造成上百万人死亡。如能在肺癌早期及早发现病灶并进行治疗,可极大提高患者的生存率。肺癌早期的表现形式是肺结节,肺结节一般是指肺内的高密度类圆形病灶。传统医学通过医生肉眼阅读肺部CT扫描图像来检测肺结节,进而进行病情诊断。随着CT扫描技术的提高,单一CT层片越来越薄,一次扫描的CT层数越来越多,这给诊断医生带来了巨大的工作压力,因人为因素导致的误诊也越来越多,甚至影响到患者疾病的准确诊断。为了辅助医生提高诊断的准确性、提高阅片的效率,科研人员开始研制肺部CAD(computer assist diagnose)即计算机辅助诊断系统来辅助医生进行自动或半自动的病情诊断。 由于肺结节形态复杂,且易与肺部其他组织粘连,即使是有丰富经验的医生也需要通过观察病史及进行穿刺等医学手段进行确诊。因此,我们辅助检测的目的仅是将疑似肺结节区域在肺部图像中标记出来,辅助医生判断。肺结节检测的第一步是实现肺实质分割,只有首先分割出肺实质,才能对肺部CT图像进行针对性的处理。

⛄ 部分代码

%%% This code is written by Heewon Chung, a member of BAMI LAB %%%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%% Load Lung Data and Setting Parameters 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

load('lungData.mat');   % Sample Lung Data

THec = 38;   % Threshold about Ellipse & Circle percent

THiop = 50;   % Threshold about in & out percent

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%% Chanvese Code 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

getLung = FindGlobalLung(lungData);   % Input the Dicom lung image

getContour = FindContour(getLung);   % Get Contour from get Lung

figure; imshow(getLung);

hold on; plot(getContour{1}(:, 1), getContour{1}(:, 2), 'r', 'LineWidth', 2);   % Left Lung

hold on; plot(getContour{2}(:, 1), getContour{2}(:, 2), 'r', 'LineWidth', 2);   % Right Lung

close all;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%% Filtering using Chanvese result lung

%%% juxta-pleural nodule segmentation

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

anglePoint = FindAngle(getLung, getContour);   % Find concave point in binary lung image

[erContour, erLung] = ExpandReduceCorrLung(preData, preContour, getContour);    % get Expand and Reduce Model(erModel) from n-1 final Lung

diffArea = DifferenceArea(erLung, getLung);   % difference Area of erModel Lung and Current Lung

angleArea = RemainAngleArea(diffArea, anglePoint);   % Find angle Points for difference Area

sharpenArea = FunctionSharpen(lungData, angleArea, getContour);   % Sharpness

ecArea = EllipseAndCircularCorrelation(sharpenArea, THec);   % get Ellipse and Circular Correlation

inoutArea = FunctionInoutLungArea(ecArea, getLung, THiop);   % get In & Out calculation

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%% Final Lung 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

addFinalLung = logical(imadd(inoutArea, getLung));

fillFinalLung = imfill(addFinalLung, 'hole');

finalLung = fillFinalLung;

finalContour = FindContour(finalLung);

clearvars -except preData getLung getContour lungData finalLung finalContour

figure;

subplot(2, 2, 1); imshow(preData);  title('n-1 Final Lung');

subplot(2, 2, 2); imshow(getLung);  title('n Chanvese Lung');

subplot(2, 2, 3); imshow(lungData);  title('n Chanvese Lung');

hold on; plot(getContour{1}(:, 1), getContour{1}(:, 2), 'b', 'LineWidth', 2);

hold on; plot(getContour{2}(:, 1), getContour{2}(:, 2), 'b', 'LineWidth', 2);

subplot(2, 2, 4); imshow(lungData); title('n Final Lung');

hold on; plot(finalContour{1}(:, 1), finalContour{1}(:, 2), 'r', 'LineWidth', 2);

hold on; plot(finalContour{2}(:, 1), finalContour{2}(:, 2), 'r', 'LineWidth', 2);

figure

ROC_data = roc_curve(getLung(:), preData(:));

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1]杨谊, 喻德旷, 申洪. 用基于主动轮廓模型的方法分割肺部病理CT图像病灶[C]// 中国计算机学会. 中国计算机学会, 2005.

​[2]石国良. 基于肺实质分割的肺结节检测系统研究与实现[D]. 重庆大学.

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### 结节图像分割技术概述 结节图像分割是一项复杂而重要的任务,其目的是从CT图像中精确提取结节区域。这一过程通常涉及多个阶段,包括预处理、分割以及后处理。以下是几种常见的结节图像分割技术方法: #### 1. 阈值分割法 阈值分割是一种简单有效的传统图像分割方法。该方法基于像素强度分布的特点,设定一个或多个阈值来区分目标区域背景区域。对于部CT图像而言,可以通过设置合适的灰度阈值分离实质与周围组织[^3]。 #### 2. 边缘检测法 边缘检测通过识别图像中的梯度变化来定位对象边界。这种方法适用于具有明显边界的结节。常用的边缘检测算子有Sobel、Canny等。然而,当结节与血管或其他结构相连时,单纯依赖边缘检测可能导致误分割[^4]。 #### 3. 区域生长法 区域生长是一种基于种子点的选择性增长算法。它从一组初始种子点出发,逐步将满足特定条件的相邻像素加入到当前区域中,直到无法扩展为止。此方法能够较好地适应不规则形状的目标物,但在噪声干扰下可能引入错误连接[^1]。 #### 4. 主成分分析(PCA)-Kmeans聚类联合算法 为了克服单一技术局限性,可以采用组合策略如主成分分析配合K均值(K-means)聚类来进行更精细分类。具体操作为先运用PCA降维减少冗余信息后再执行k-means分群作业从而达到理想成果[^2]。 #### 5. 深度学习模型应用 近年来随着人工智能的发展,特别是卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNNs)被广泛应用于医疗影像领域取得了显著成效。相比传统的手工设计特征方式,深度学习可以从大量标注样本中学得更加鲁棒且丰富的表达形式用于解决诸如结节检出等问题上表现出优越性能[^4]。 ```python import numpy as np from skimage import filters, morphology def preprocess_image(image): """ 图像预处理函数 """ # 中值滤波去除噪点 median_filtered = filters.median(image) # 自动阈值分割获取初步掩模 threshold_value = filters.threshold_otsu(median_filtered) binary_mask = median_filtered > threshold_value # 形态学开运算消除小连通域 cleaned_mask = morphology.opening(binary_mask) return cleaned_mask.astype(np.uint8) if __name__ == "__main__": sample_img = ... # 加载实际图片数据 result_mask = preprocess_image(sample_img) ``` 以上代码片段展示了一个简单的基于Python SciKit-Image库实现的传统图像处理流程实例,可用于部分场景下的快速实验验证工作。 ---
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