本發(fā)明屬于測(cè)量與圖像處理領(lǐng)域，涉及一種胸部數(shù)字影像的心胸比測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

比起十年前的醫(yī)院，現(xiàn)在的醫(yī)院里多了很多信息化設(shè)備，這些設(shè)備的出現(xiàn)旨在幫助醫(yī)生進(jìn)行輔助診斷，大大的方便了醫(yī)生的工作。閱讀cr,dr等x線片，從中得到病人的病情是心臟科醫(yī)生每天必做的事情。

其中，心胸比率(指在x線片上心臟橫徑(左右心緣至體中線的最大距離之和)與胸廓橫徑(通過右膈頂水平胸廓內(nèi)徑)的比例)是判斷一個(gè)人心臟是否肥大的指標(biāo)之一；目前的現(xiàn)狀是醫(yī)生或拿測(cè)量工具在x線片上現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或應(yīng)用影像軟件具有的輔助診斷工具進(jìn)行測(cè)量最后計(jì)算兩者的比率；這兩種測(cè)量方式都是醫(yī)生通過眼睛定位，然后手動(dòng)測(cè)量直徑，對(duì)于像素級(jí)別的圖像，目測(cè)得到的比率誤差顯然有些大，這對(duì)病人的病情診斷不夠準(zhǔn)確，而且這種測(cè)量方式速度比較慢，延長了醫(yī)生的看病時(shí)間，也延長了后面病人的排隊(duì)等待的時(shí)間。

對(duì)于機(jī)器測(cè)量，圖像處理顯得尤為重要，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于圖像輸入質(zhì)量依賴較大，算法穩(wěn)定性和適應(yīng)性不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

一種胸部數(shù)字影像的心胸比測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟1：對(duì)加載的胸部影像進(jìn)行下采樣和高斯濾波，得到預(yù)處理圖像；

步驟2：對(duì)預(yù)處理圖像做頂帽操作，取頂帽圖像操作后的圖像非0的部分，得到胸部骨架圖像，并對(duì)胸部骨架進(jìn)行填充，填充后的區(qū)域作為感興趣區(qū)域；

步驟3：選擇胸廓骨架包含的感興趣區(qū)域，計(jì)算預(yù)處理灰度圖像在此感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度閾值，由此閾值得到肺葉二值化圖像，形態(tài)學(xué)操作去除非肺葉對(duì)象；

步驟4：找出胸廓骨架，高斯濾波，將濾波圖像寬高擴(kuò)大若干個(gè)像素，進(jìn)行頂帽操作，取頂帽操作后的圖像大于0的部分，得到另一胸廓骨架圖像，且該所述高斯濾波與步驟1中的高斯濾波的濾波函數(shù)參數(shù)不同，對(duì)骨架進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記骨架數(shù)申請(qǐng)累加器數(shù)量；

步驟5：對(duì)步驟3中所述肺葉二值化圖像進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算左右兩片肺葉各自的重心，根據(jù)兩片肺葉的重心坐標(biāo)找出兩片肺葉的中間分割線，對(duì)于重心位于肺葉分割線左側(cè)的肺葉，從肺葉的左側(cè)邊界出發(fā)尋找步驟4中胸廓骨架圖像的第一個(gè)骨架點(diǎn)，記錄下此骨架點(diǎn)對(duì)應(yīng)的骨架標(biāo)記，相應(yīng)骨架的累加器加1，從左肺尖開始向下依此方法逐行掃描，遇到標(biāo)記相同的骨架，對(duì)應(yīng)的骨架累加器加1，最后選擇累加器結(jié)果最大的標(biāo)記骨架作為胸廓左側(cè)外緣；對(duì)于重心位于肺葉分割線右側(cè)的肺葉，從肺葉的右側(cè)邊界出發(fā)尋找步驟4中第一個(gè)骨架點(diǎn)，記錄下此骨架點(diǎn)對(duì)應(yīng)的骨架標(biāo)記，，相應(yīng)骨架的累加器加1，從右側(cè)肺尖開始向下依此方法逐行掃描，遇到標(biāo)記相同的骨架，對(duì)應(yīng)的骨架累加器加1，最后選擇累加器結(jié)果最大的標(biāo)記骨架作為胸廓右側(cè)外緣；

步驟6：補(bǔ)充肺葉的肺尖、肺底、肺葉外緣；對(duì)于左側(cè)肺葉，從肺尖開始沿左側(cè)邊界向左出發(fā)，填充肺葉邊界與左胸廓外緣之間的空隙，依此方法填充到肺底；對(duì)于右側(cè)肺葉，從肺尖開始沿右側(cè)邊界向右出發(fā)，填充肺葉與右側(cè)胸廓外緣之間的空隙，依此方法填充到肺底；

步驟7：肺底丟失處理：當(dāng)肺葉最底行內(nèi)側(cè)邊緣點(diǎn)距同側(cè)胸廓外緣內(nèi)側(cè)距離大于5個(gè)像素時(shí)：對(duì)左側(cè)肺葉，從肺葉最底行開始，自肺葉中間分割線向左掃描到胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)，保存各像素點(diǎn)圖像灰度，計(jì)算其灰度一階梯度，找出一階梯度過零點(diǎn)，換算到圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)，填充此點(diǎn)到胸廓骨架外緣之間的空隙；計(jì)算此點(diǎn)和胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)的距離，若該距離小于5，則肺底補(bǔ)充完畢，否則依此方法向下掃描50行止；對(duì)右側(cè)肺葉，從肺葉最底行開始，自肺葉中間分割線向右掃描到胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)，保存各像素點(diǎn)圖像灰度，計(jì)算其灰度一階梯度，找出一階梯度過零點(diǎn)，換算到圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)，填充此點(diǎn)到胸廓骨架外緣之間的空隙；計(jì)算此點(diǎn)和胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)的距離，若該距離小于5，則肺底補(bǔ)充完畢，否則依此方法向下掃描50行止；

步驟8：將補(bǔ)充完的肺葉圖像減去胸廓外緣圖像得到肺葉圖像；

步驟9：二次二值化：將步驟8得到的肺葉所在矩形區(qū)域作為感興趣區(qū)域，重新計(jì)算感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度閾值，并根據(jù)此閾值計(jì)算感興趣區(qū)域內(nèi)的二值化圖像，并以步驟8所得到的二值化圖像為模板，去除非肺葉部分，得到肺葉二值化圖像；

步驟10：計(jì)算心胸比：

定位左側(cè)肺葉心隔角：找出左側(cè)肺葉靠近心臟一側(cè)邊緣的所有凸包點(diǎn)，凸包點(diǎn)是逆時(shí)針的順序，且出發(fā)點(diǎn)在肺底，凸包點(diǎn)橫坐標(biāo)大于肺葉重心橫坐標(biāo)的第一個(gè)凸包點(diǎn)為心隔角位置點(diǎn)(px,py)，記下此凸包點(diǎn)；

由心隔角向上從中間分界線出發(fā)分別向左右尋找左右心臟的最大橫截徑t1，t2；過(px,py)點(diǎn)向兩側(cè)肺葉外緣延伸，相交于兩點(diǎn)(lx,py),(rx,py)，連接兩點(diǎn)的線段為胸廓橫徑t，心胸比r＝(t1+t2)/(t)。

進(jìn)一步的，步驟1中的濾波函數(shù)參數(shù)中的sigma選擇1，步驟4中的高斯平滑參數(shù)sigma選取2。

進(jìn)一步的，步驟1中的頂帽操作結(jié)構(gòu)元素大小選擇9，步驟4中的濾波圖像寬高各擴(kuò)大10個(gè)像素，頂帽操作結(jié)構(gòu)元素大小選擇9。

進(jìn)一步的，所述胸廓骨架圖像包含鎖骨、脊椎骨、肋骨、胸廓外緣。

有益效果：本發(fā)明基于灰度閾值法分割肺葉，對(duì)胸部x線片這種灰度對(duì)比度較大的影像圖片，容易將目標(biāo)進(jìn)行粗分割，局部灰度閾值的二次分割，將目標(biāo)進(jìn)行細(xì)分割，借助于胸廓外緣高梯度的特點(diǎn)構(gòu)造合適的結(jié)構(gòu)算子，通過頂帽操作將胸廓外緣完整的分割出來，這樣即使前面粗細(xì)二次分割均不能將肺葉完整分割出來的情況下，此胸廓外緣提供了肺葉的外邊緣，只需將肺葉和外邊緣之間的空隙填充即可得到完整的肺葉。此方法利用圖像灰度進(jìn)行粗細(xì)二次分割，結(jié)合了胸廓和肺葉的形態(tài)特征和分布特性，使算法穩(wěn)定性和適應(yīng)性都大大提高，很少依賴輸入圖像質(zhì)量。當(dāng)然，作為進(jìn)一步的效果，該發(fā)明使得心胸比能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)測(cè)量，節(jié)約了測(cè)量時(shí)間。

附圖說明

圖1是胸部骨架圖像的示意圖；

圖2是胸部骨架填充圖像的示意圖；

圖3是肺葉二值化圖像的示意圖；

圖4是胸廓骨架圖像的示意圖；

圖5是胸廓外緣骨架圖像的示意圖；

圖6是帶有胸廓外緣的肺葉圖像的示意圖；

圖7是填充空隙后的肺葉圖像的示意圖；

圖8是去除胸廓外緣的肺葉圖像的示意圖；

圖9是二次閾值處理后的肺葉圖像的示意圖；

圖10是肺葉靠近心臟一側(cè)凸包圖像的示意圖；

圖11是左右心臟最大橫截徑及過膈肌點(diǎn)的胸廓外徑圖像的示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

現(xiàn)有心胸比計(jì)算主要通過醫(yī)生手動(dòng)操作進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)過程中醫(yī)生的主觀性比較大，依賴眼睛進(jìn)行定位，對(duì)于像素級(jí)別的圖像，醫(yī)生目測(cè)的誤差顯然有些大。對(duì)于現(xiàn)代醫(yī)院，每天每位醫(yī)生需要診斷的病人較多，目前這種手動(dòng)計(jì)算方式顯然比較慢，影響進(jìn)度，等候時(shí)間過長。影像四角信息沒有保存心胸比結(jié)果，對(duì)于需要參考以往影像資料而再次閱片的情況，每次拿出影像圖片都要重新計(jì)算一番，這種重復(fù)性的工作增加了醫(yī)生的工作量。而現(xiàn)有的圖像處理過程中，常規(guī)的灰度閾值分割很難完整的將肺葉分割完整，多模匹配方法對(duì)樣本的多樣性和時(shí)間成本上無法達(dá)到要求。本實(shí)施例的技術(shù)方案旨在改善以上問題，提高測(cè)量效率，加快測(cè)量速度，減少等候時(shí)間，提高分割的完整性，增強(qiáng)準(zhǔn)確性。

為此，本實(shí)施例提供如下優(yōu)選方案，一種胸部數(shù)字影像的心胸比測(cè)量方法，包括如下步驟：

步驟1：對(duì)加載的胸部影像進(jìn)行下采樣和高斯濾波，濾波函數(shù)參數(shù)中的sigma選擇1，得到預(yù)處理圖像；

步驟2：對(duì)預(yù)處理圖像做頂帽操作，頂帽操作結(jié)構(gòu)元素大小選擇9，取頂帽圖像操作后的圖像非0的部分，得到胸廓骨架圖像：包含鎖骨，脊椎骨，肋骨，胸廓外緣，如圖1。并對(duì)胸部骨架進(jìn)行填充，填充后的區(qū)域作為感興趣區(qū)域如圖2。

步驟3：選擇胸廓骨架包含的感興趣區(qū)域，計(jì)算預(yù)處理灰度圖像在此感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度閾值，由此閾值得到肺葉二值化圖像，形態(tài)學(xué)操作去除非肺葉對(duì)象。如圖3。

步驟4：找出胸廓骨架。高斯平滑參數(shù)sigma選取2，將濾波圖像寬高各擴(kuò)大10個(gè)像素，頂帽操作結(jié)構(gòu)元素大小選擇9，取頂帽操作后的圖像大于0的部分，得到胸廓骨架圖像，如圖4。

步驟5：對(duì)步驟3的肺葉圖像進(jìn)行標(biāo)記，計(jì)算左右兩片肺葉各自的重心(cx_l,cy_l)，(cx_r,cy_r)，根據(jù)兩片肺葉的重心坐標(biāo)找出兩片肺葉的中間分割線(meanc,1:imgh)其中imgh為圖像高度，對(duì)于重心位于肺葉分割線左側(cè)的肺葉，從肺葉的左側(cè)邊界出發(fā)尋找步驟4中第一個(gè)骨架點(diǎn)，記錄下此骨架點(diǎn)對(duì)應(yīng)的骨架標(biāo)記，從左肺尖開始向下依此方法逐行掃描，遇到標(biāo)記相同的骨架，結(jié)果累計(jì)相加，最后選擇累計(jì)結(jié)果最大的標(biāo)記骨架作為胸廓左側(cè)外緣；同理對(duì)于重心位于肺葉分割線右側(cè)的肺葉，從肺葉的右側(cè)邊界出發(fā)尋找步驟4中第一個(gè)骨架點(diǎn)，記錄下此骨架點(diǎn)對(duì)應(yīng)的骨架標(biāo)記，從右側(cè)肺尖開始向下依此方法逐行掃描，遇到標(biāo)記相同的骨架，結(jié)果累計(jì)相加，最后選擇累計(jì)結(jié)果最大的標(biāo)記骨架作為胸廓右側(cè)外緣。如圖5。

步驟6：補(bǔ)充肺葉肺尖，肺底，肺葉外緣；對(duì)于左側(cè)肺葉，從肺尖開始沿左側(cè)邊界向左出發(fā)，填充肺葉邊界與左胸廓外緣之間的空隙，依此方法填充到肺底；同理，對(duì)于右側(cè)肺葉，從肺尖開始沿右側(cè)邊界向右出發(fā)，填充肺葉與右側(cè)胸廓外緣之間的空隙，依此方法填充到肺底；如圖6。

步驟7：肺底丟失處理：當(dāng)肺葉最底行內(nèi)側(cè)邊緣點(diǎn)距同側(cè)胸廓外緣內(nèi)側(cè)距離大于5個(gè)像素時(shí)認(rèn)為肺葉分割不完整，處理方法如下：對(duì)左側(cè)肺葉，從肺葉最底行開始，自肺葉中間分割線向左掃描到胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)，保存各像素點(diǎn)圖像灰度，計(jì)算其灰度一階梯度，找出一階梯度過零點(diǎn)，換算到圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)，填充此點(diǎn)到胸廓骨架外緣之間的空隙；計(jì)算此點(diǎn)和胸廓骨架外緣內(nèi)側(cè)的距離，若小于5，肺底補(bǔ)充完畢，否則依此方法向下掃描50行止。同理補(bǔ)充右側(cè)肺底。如圖7。

步驟8：將補(bǔ)充完的肺葉圖像減去胸廓外緣圖像得到肺葉圖像，如圖8。

步驟9：二次二值化：將步驟8得到的肺葉所在矩形區(qū)域作為感興趣區(qū)域，重新計(jì)算感興趣區(qū)域內(nèi)的灰度閾值，并根據(jù)此閾值計(jì)算感興趣區(qū)域內(nèi)的二值化圖像，并以步驟8所得到的二值化圖像為模板，去除非肺葉部分，得到肺葉二值化圖像。如圖9

步驟10：計(jì)算心胸比：定位左側(cè)肺葉心隔角：找出左側(cè)肺葉靠近心臟一側(cè)邊緣的所有凸包點(diǎn)，如圖10所示p0，p1，p2…點(diǎn)。凸包點(diǎn)是逆時(shí)針的順序，且出發(fā)點(diǎn)在肺底，凸包點(diǎn)橫坐標(biāo)大于肺葉重心橫坐標(biāo)的第一個(gè)凸包點(diǎn)即為心隔角位置(px,py)，即圖10中的p1點(diǎn)，記下此凸包點(diǎn)。由心隔角向上從中間分界線medx出發(fā)分別向左右尋找左右心臟的最大橫截徑t1，t2；過(px,py)點(diǎn)向兩側(cè)肺葉外緣延伸，相交于兩點(diǎn)(lx,py),(rx,py)，連接兩點(diǎn)的線段即為胸廓橫徑t，心胸比r＝(t1+t2)/(t)；詳見圖11。

本實(shí)施例中的方案的關(guān)鍵點(diǎn)是圖像分割前的圖像預(yù)處理，此預(yù)處理技術(shù)通過前后兩次不同高斯誤差參數(shù)的選擇，得到不同的骨架圖像，參考步驟1和步驟4。在構(gòu)造合理濾波函數(shù)的基礎(chǔ)上，再構(gòu)造適合肋骨寬度的結(jié)構(gòu)算子進(jìn)行頂帽操作，最后對(duì)頂帽操作后的圖像進(jìn)行一次閾值化處理，得到肺葉初步二值化圖像，通過調(diào)整濾波函數(shù)的誤差參數(shù)，得到胸廓外緣骨架圖像，對(duì)外緣骨架和肺葉間的空隙進(jìn)行填充，得到肺葉二值化圖像，將此二值化圖像所在矩形區(qū)域作為感興趣區(qū)域，重新計(jì)算此感興趣區(qū)域的灰度閾值，從而得到最終的肺葉二值化圖像。本實(shí)施例通過圖像處理的方法，在醫(yī)生閱片的同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出心胸比率，給出準(zhǔn)確的定位點(diǎn)，并將結(jié)果保存在圖像四角信息中，方便醫(yī)生隨時(shí)調(diào)閱查看，加快了醫(yī)生的看病速度，減少了大量病人等候的時(shí)間。

以上所述，僅為本發(fā)明創(chuàng)造較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明創(chuàng)造披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。