一种肺组织异化程度判断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种肺组织异化程度判断方法及装置，通过以下方式实现：对所有肺部CT图像进行肺实质分割，产生肺实质分割图；对肺实质分割图进行二值化处理，产生肺实质掩码图；对所有肺实质分割图中的肺血管进行特征增强处理，产生肺血管特征增强图；对肺血管特征增强图进行二值化处理，产生肺血管掩码图；统计所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L，作为其体积参数；统计所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，作为其体积参数；基于所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L和所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，计算得到肺有效通气功能区占比ELVAR值并输出。本发明专利技术中方法和装置为临床相关肺部病情评估提供了可靠的依据。

A method and device for judging the degree of lung tissue alienation

【技术实现步骤摘要】
一种肺组织异化程度判断方法及装置
本专利技术属于医疗图像处理领域，涉及一种病症(该病症可见于引起肺组织CT影像发生变化的疾病，如甲型H1N1流感肺炎、间质性肺炎、2019-nCov病毒肺炎、严重急性呼吸综合症(SARS)等)的判断方法及装置，具体涉及一种肺组织异化程度判断方法及装置。
技术介绍
肺功能检查是临床呼吸系统疾病检查的重要手段，主要用于呼吸道通畅程度和肺容量大小的检测，对于肺、气道病变的早期发现，呼吸困难原因的鉴别，病变部位的诊断，疾病病情严重程度及预后效果的评估，药物或其他治疗方法疗效的评定，对患者手术耐受力或劳动强度耐受力的评估等方面都具有重要的临床价值。现有的肺功能测量指标主要有三部分组成，分别是肺通气量、肺容量和肺弥散功能。肺通气量是衡量空气进入肺泡及废气从肺泡排出过程的动态指标。常用的分析指标有静息通气量、肺泡通气量、最大通气量、时间肺活量及一些流速指标。肺容量(lungvolume)，指肺活量、残气的总和，肺活量是潮气量、补吸气量、补呼气量三者之和，用来测定肺容纳的气体量。弥散功能是一项测定肺换气功能的指标，用于评价肺泡毛细血管膜进行气体交换的效率。这三组指标都需要在自主呼吸的情况下，对被测量者的呼吸情况进行测量和分析得到，反映的是被测量者肺功能的工作效率。现有的指标都是基于目标人的生物特征来度量其肺功能状况。但是，这种方法也存在两个比较明显的问题：一方面它不能直接评估目标对象的肺部异化情况，只是通过功能水平的差异间接反映出肺器官或者组织的变化，这会导致一定的滞后性，一般只有当组织异化到严重影响功能时才会发现差异，无法实时准确观察病患的肺部病变情况；另一方面这种方法存在较大的误差，该方法需要被测量者可以自主呼吸且积极配合，对于部分耐受性不好的被测量者，或者一些自主呼吸困难的患者，这种方法并不适用，这也是部分急性加重导致呼吸衰竭的病人缺乏肺功能检查结果的直接原因。肺部活检是临床对肺部占位性病变进行诊断的重要手段。肺部活检有三种方法：1)使用纤维支气管镜活检。通过纤维支气管镜摘取目标肺组织，做成病理切片进行检查。但是该方法摘取的肺组织较小，难以形成整体观察，临床上往往通过多点采集来弥补不足。2)剖胸肺活检。该方法主要用于手术过程中切除部分肺组织进行病理检查。由于可以目测，病理样本的选择更有针对性，范围较广，观察更清晰，结果也更为准确。3)通过胸壁穿刺肺活检。该方法在CT或B超引导下定位，以细针经胸壁刺入肺组织，吸引肺组织或肺内液体做细菌学和细胞学检查，适用于病因不明的肺部弥漫性病变和周围型肿块病灶的诊断。尽管肺活检是直接获取组织样本，可以做出准确的诊断，但是，无论是哪一种肺活检，都是有创的，会在一定的范围内造成组织受伤，还可能会导致一些并发症，如气胸，咳血，甚至引起癌细胞的扩散等。鉴于此，这种方式也很难为病情轻微的患者采用。血清标志物检查也是临床对肺部病变进行诊断的重要方式，如间质性肺炎发生过程中，铁蛋白往往会偏高，白蛋白则往往会偏低，通过观察这些标志物指标的变化，可以为临床医生准确诊断病情提供依据。但是，血清标志物通常不具有特异性，血清标志物值的变化可以由多种疾病产生，因此，血清标志物只能作为病情评估的重要参考。临床医生在使用血清标志物检查结果进行诊断过程中多是依据经验以及临床观察进行综合判断，即便如此，依然有出现误诊和漏诊的可能。高分辨率CT(HRCT)是肺部病变评估与诊断的又一重要途径。HRCT提高了CT的空间分辨率，能够清晰显示肺组织的细微结构，如肺小叶、肺间质、小叶间隔、气道、血管、淋巴管以及毫米级的肺内小结节等，常用来观察位于间质的肺内病变，如反映间质纤维化的胸膜下线影、蜂窝样网影、胸膜下小结及毛玻璃征等，是临床决策的重要参考，被认为是目前诊断肺弥漫性病变的首选方法。尽管基于HRCT的诊断在部分情况下可以达到接近病理检查的准确性，但是，目前HRCT临床上主要还是用于直接观察肺部病变的影像特征。基于HRCT的肺部病变诊断已有一些指导性的原则，但是缺乏明确的可以定量分析的指标，这导致不同医师对于CT影像的诊断意见常出现差异，这也削弱了HRCT在肺部病变诊断中的使用价值。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种肺组织异化程度判断方法及装置，基于肺部CT影像计算出有效肺通气功能区占比(ELVAR，EffectiveLungVentilationspAceRatio)的值，能够准确地、量化地评估肺部病变程度，为疾病诊断提供有效的数据信息，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下技术方案：第一方面，一种肺组织异化程度判断方法，该方法通过确定有效肺通气功能区占比ELVAR的值，评估肺部病变程度，ELVAR值越高，则肺部病变的程度越低，ELVAR值越低，则肺部病变的程度越高；ELVAR＝1-(V/L)其中，L表示肺体积，对应于CT图像中肺实质分割结果区域，V表示血管、血液、类血管组织的总体积，对应于CT图像肺实质分割结果中CT值较高的区域，该“类血管组织”包含与血管密度相当的正常肺组织，如淋巴管、神经、结缔组织等，以及病变组织或物质。进一步地，确定ELVAR值的方法包括以下步骤：S100，对所有肺部CT图像进行肺实质分割，产生肺实质分割图；S200，对肺实质分割图进行二值化处理，产生肺实质掩码图；S300，对所有肺实质分割图中的肺血管进行特征增强处理，产生肺血管特征增强图；S400，对肺血管特征增强图进行二值化处理，产生肺血管掩码图；S500，统计所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L，作为其体积参数；S600，统计所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，作为其体积参数；其中，肺血管区域为血管、血液、类血管组织所在区域，类血管组织与血管密度相当，灰度值相近；S700，基于所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L和所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，根据公式ELVAR＝1-(V/L)，得到肺有效通气功能区占比ELVAR值并输出。进一步地，S100中的肺实质分割图，可以通过包括以下步骤的方法获得，该方法包括三个阶段：脏器实质轮廓勾勒阶段、器官孔洞识别阶段和脏器实质轮廓收缩阶段；其中，脏器实质轮廓勾勒阶段：S110，输入脏器CT图像P，利用不同组织CT值的差异，对图像进行二值化处理，将目标区域缩小到脏器实质边缘，产生脏器实质二值化图P2；S120，对二值化图P2进行平滑滤波处理，得到平滑滤波后图像P3；S130，利用拉普拉斯算子对平滑滤波后图像P3进行处理，选择外侧的边界线作为脏器实质的候选轮廓，得到候选轮廓图P4；对候选轮廓图P4进行填充，形成填充后候选轮廓图P5；S140，判定脏器实质的边缘碎块是否包含在候选轮廓中；若未包含在候选轮廓中，则调整S120中平滑滤波参数，至S130中脏器实质的边缘碎块能够包含在候选轮廓中；器官孔洞识别阶段：S210，判断候选轮廓图P4中是否存在其他脏器造成的孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肺组织异化程度判断方法，其特征在于，通过确定有效肺通气功能区占比ELVAR的值，评估肺部病变程度，ELVAR值越高，则肺部病变的程度越低，ELVAR值越低，则肺部病变的程度越高；/nELVAR＝1-(V/L)/n其中，L表示肺体积，对应于CT图像中肺实质分割结果区域，V表示血管、血液、类血管组织的总体积，对应于CT图像肺实质分割结果中CT值较高的区域，该“类血管组织”包含与血管密度相当的正常肺组织、病变组织或物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种肺组织异化程度判断方法，其特征在于，通过确定有效肺通气功能区占比ELVAR的值，评估肺部病变程度，ELVAR值越高，则肺部病变的程度越低，ELVAR值越低，则肺部病变的程度越高；
ELVAR＝1-(V/L)
其中，L表示肺体积，对应于CT图像中肺实质分割结果区域，V表示血管、血液、类血管组织的总体积，对应于CT图像肺实质分割结果中CT值较高的区域，该“类血管组织”包含与血管密度相当的正常肺组织、病变组织或物质。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定ELVAR值的方法包括以下步骤：
S100，对所有肺部CT图像进行肺实质分割，产生肺实质分割图；
S200，对肺实质分割图进行二值化处理，产生肺实质掩码图；
S300，对所有肺实质分割图中的肺血管进行特征增强处理，产生肺血管特征增强图；
S400，对肺血管特征增强图进行二值化处理，产生肺血管掩码图；
S500，统计所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L，作为其体积参数；
S600，统计所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，作为其体积参数；其中，肺血管区域为血管、血液、类血管组织所在区域，类血管组织与血管密度相当，灰度值相近；
S700，基于所有肺实质掩码图中肺实质区域像素点的数量L和所有肺血管掩码图中肺血管区域像素点的数量V，根据公式ELVAR＝1-(V/L)，得到肺有效通气功能区占比ELVAR值并输出。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S100中，选用高分辨率CT或普通CT采集肺部CT图像。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S200中，对肺实质分割图进行二值化处理时，将肺实质区域像素的灰度值设置为统一的非0值，背景像素的灰度值设置为0；
步骤S400中，对肺血管特征增强图进行二值化处理时，将灰度值大于阈值w的像素值设置为统一的非0值，小于阈值w的像素值设置为0。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S100中的肺实质分割图，可以通过包括以下步骤的方法获得，该方法包括三个阶段：脏器实质轮廓勾勒阶段、器官孔洞识别阶段和脏器实质轮廓收缩阶段；其中，
脏器实质轮廓勾勒阶段：
S110，输入脏器CT图像P，利用不同组织CT值的差异，对图像进行二值化处理，将目标区域缩小到脏器实质边缘，产生脏器实质二值化图P2；
S120，对二值化图P2进行平滑滤波处理，得到平滑滤波后图像P3；
S130，利用拉普拉斯算子对平滑滤波后图像P3进行处理，选择外侧的边界线作为脏器实质的候选轮廓，得到候选轮廓图P4；对候选轮廓图P4进行填充，形成填充后候选轮廓图P5；
S140，判定脏器实质的边缘碎块是否包含在候选轮廓中；若未包含在候选轮廓中，则调整S120中平滑滤波参数，至S130中脏器实质的边缘碎块能够包含在候选轮廓中；
器官孔洞识别阶段：
S210，判断候选轮廓图P4中是否存在其他脏器造成的孔洞，若存在该孔洞，孔洞区域像素灰度值设置为0，其他区域像素灰度值设置为非0，输出拟脏器实质掩码图P10后进入脏器实质轮廓收缩阶段，若不存在其他脏器造成的孔洞，直接进入脏器实质轮廓收缩阶段；
脏器实质轮廓收缩阶段：
S310，基于过零检测算法对S110的二值化图P2中脏器实质进行过零边界检测，输出脏器实质的过零边界，得到脏器实质的边缘；
S320，对脏器实质候选轮廓进行调整，使调整后的候选轮廓线在脏器实质主体区域与脏器实质主体的过零边界存在重合，得到脏器实质掩码图P12；
S330，根据脏器实质掩码图P12的背景区域，将原CT图像相应部分的灰度值设置为0，得到并输出分割后脏器实质图P13。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S210具体通过以下步骤实现：
S201，将候选轮廓图P4中脏器实质候选轮廓线的值设置为与S110二值化图P2中脏器实质的灰度值一致，其他区域设置为0，产生候选轮廓线图P6；
S202，将候选轮廓线图P6与填充后的候选轮廓图P5叠加，灰度值相同的像素取值为0，灰度值不相同的像素取值为与S130中填充后的候选轮廓图中像素值一致，获得准器官孔洞轮廓图P7；
S203，将准器官孔洞轮廓图P7中最左侧和最右侧值为非0的两个像素点作为种子点，利用区域增长法分割灰度值为非0的区域，将分割出的区域的灰度值都设为0，由此产生准器官孔洞图P8；在该步骤中，对于成对的器官，对左右两侧器官进行单独处理；
S204，判断准器官孔洞图P8中连通域的面积，如果各连通域的面积均小于阈值μ，则跳至S310，否则继续S205；
S205，保留准器官孔洞图P8中面积大于阈值μ的连通域，将其他区域的灰度值均设置为0，产生器官孔洞图P9；
S206，将填充后的候选轮廓图P5与器官孔洞图P9叠加，灰度值相同的像素取值变为0，否则为选自1～255的非0值，得到拟脏器实质掩码图P10。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S320中，对脏器实质候选轮廓进行调整，可以根据以下方式进行：
S321，确定脏器实质候选轮廓线与脏器实质主体的过零边界之间的像素距离，脏器实质候选轮廓线与过零边界之间的像素距离通过获取S130和S310中候选轮廓线和过零边界上对应边缘点之间的距离得到；
S322，根据像素距离，对脏器实质候选轮廓进行调整：当脏器实质中不存在其他脏器造成的孔洞时，对S130中得到的填充后的候选轮廓图P5的候选轮廓线进行调整，输出脏器实质掩码图P12；当脏器实质中存在其他脏器造成的孔洞时，对拟脏器实质掩码图P10的候选轮廓线进行调整，输出脏器实质掩码图P12。


8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S320中，对脏器实质候选轮廓进行调整，还可以根据以下方式进行：
S321’，当脏器实质中不存在其他脏器造成的孔洞时，将过零边界内的填充区域与填充后的候选轮廓图P5中的像素值非0的区域相减，若相减后的过零边界内剩余非0区域在原过零边界内区域的占比小于阈值τ，则将填充后的候选轮廓图P5的候选轮廓线收缩1个像素宽度，重复前述操作，直至占比大...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪昌健，李方召，郭凌超，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43