一种肝胆管及胆道结石图像分割方法与流程

本发明涉及图像处理，具体涉及一种肝胆管及胆道结石图像分割方法。

背景技术：

1、肝胆管ct图像是一种通过计算机断层扫描技术获得的医学影像，用于观察和分析肝脏及其胆管系统的结构和功能状态。因为部分病人的肝胆管ct图像中含有结石，所以需要分割出肝胆管ct图像中的结石区域，来辅助医生制定治疗方案。由于肝胆管ct图像中胆道结石的像素点灰度值和部分正常组织的像素点灰度值较为接近，导致从肝胆管ct图像中分割出结石区域时可能会出现误判，造成分割出的结石区域不准确，因此需要对肝胆管ct图像进行增强。

2、灰度值线性增强是一种常用的是图像增强方法，其对肝胆管ct图像进行增强时，会对胆道结石像素点和正常的组织像素点都进行相同程度的增强，并不能达到增强结石区域与非结石区域之间差异的目的，导致无法通过灰度值线性增强后的图像准确分割出肝胆管ct图像中的结石区域。

技术实现思路

1、本发明提供一种肝胆管及胆道结石图像分割方法，以解决现有的问题。

2、本发明的一种肝胆管及胆道结石图像分割方法采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了一种肝胆管及胆道结石图像分割方法，该方法包括以下步骤：

4、获取患者的肝胆管ct图像集并得到每个肝胆管ct图像的灰度直方图；

5、根据每张肝胆管ct图像中每个像素点的灰度值，得到每张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值；

6、根据每张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值，得到每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域；

7、根据每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域中连通域的数量，得到基准图像；

8、根据每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域，得到基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域；

9、根据基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个连通域的形状，得到基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度调整系数；

10、根据基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度调整系数，得到灰度增强后的肝胆管ct图像；

11、根据灰度增强后的肝胆管ct图像，分割肝胆管ct图像中的结石区域。

12、进一步地，所述根据每张肝胆管ct图像中每个像素点的灰度值，得到每张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值，包括的具体步骤如下：

13、获取在灰度值区间的肝胆管区域，其中为肝胆管区域最低灰度值，为肝胆管区域最高灰度值；根据肝胆管ct图像的灰度直方图中每个灰度值出现的频率，对在灰度值区间中的灰度值进行聚类，距离度量采用灰度值出现的频率之间的差值绝对值，得到两个聚类簇，将频率均值最大的聚类簇记为肝胆管组织簇；将直方图中出现的频率与肝胆管组织簇的频率均值最接近的灰度值记为肝胆管组织细节灰度值阈值。

14、进一步地，所述根据每张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值，得到每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域，包括的具体步骤如下：

15、根据第张肝胆管ct图像中每一行像素点的灰度值，得到个灰度值序列；

16、将任意一个灰度值分布序列记为目标灰度值分布序列，根据牛顿法获取目标灰度值序列中的极值点，将目标灰度值序列中的极值点与目标灰度值序列中的首尾数据共同作为目标灰度值序列中的分割点，将目标灰度值分布序列中的两个分割点之间的数据与两个分割点共同构成一个子曲线序列；

17、根据目标灰度值分布序列上每一个子曲线序列中每一数据的数值，得到目标灰度值分布序列中每个子曲线序列和相邻下一个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性；

18、根据目标灰度值分布序列中每个子曲线序列和相邻下一个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性，得到每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域。

19、进一步地，所述根据目标灰度值分布序列上每一个子曲线序列中每一数据的数值，得到目标灰度值分布序列中每个子曲线序列和相邻下一个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性，包括的具体公式如下：

20、

21、

22、式中，表示目标灰度值分布序列中第个子曲线序列和第个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性，表示第个子曲线序列和第个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性的符号值，表示第个子曲线序列的斜率值，其由第个子曲线序列上的两个分割点通过两点法获得，表示第个子曲线序列的斜率值，表示第个子曲线序列中所有数据的均值，表示第个子曲线序列中所有数据的均值，表示第张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值，表示归一化函数，表示构成第个子曲线序列和第个子曲线序列的三个分割点中的最小值，表示绝对值函数，表示以自然常数为底的指数函数。

23、进一步地，所述根据目标灰度值分布序列中每个子曲线序列和相邻下一个子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性，得到每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域，包括的具体步骤如下：

24、根据目标灰度值序列内每一子曲线序列与相邻下一个邻接子曲线序列所对应像素点同为疑似胆道结石像素点的可能性，按照子曲线序列的顺序排序，得到一个可能性数值序列；

25、预设差值阈值与数量阈值，计算可能性数值序列中相邻可能性的差值绝对值，根据相邻可能性的差值绝对值及可能性的数值的正负关系，结合差值阈值，得到若干连续的满足要求的可能性数值；根据满足要求的可能性数值的连续的数量及数量阈值，得到若干可能性高的序列；

26、将得到的若干可能性高的序列中的所有可能性对应的子曲线序列，记为目标灰度值序列内的疑似胆道结石段，对第张肝胆管ct图像中的所有灰度值序列获取疑似胆道结石段，得到每一行中的疑似胆道结石段；

27、根据每一行中的疑似胆道结石段对应的像素点，构成第张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域。

28、进一步地，所述根据每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域，得到基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域，包括的具体步骤如下：

29、遍历得到每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域的中心点所对应的像素点；

30、计算基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域的中心点所对应的像素点，与每一张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域内每一个连通域的中心点所对应的像素点在同一张图像中的欧式距离；

31、在每张肝胆管ct图像中选择与基准图像中的疑似胆道结石区域内每一个连通域的欧式距离最短的连通域，作为每一个连通域在对应肝胆管ct图像的待匹配连通域，得到基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域的待匹配连通域集合；

32、通过轮廓匹配方法，获取基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域与其每个待匹配连通域的轮廓相似度；

33、根据基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域与其每个待匹配连通域的轮廓、所含有像素点的数量以及在肝胆管结石图像中的位置，得到基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域和其待匹配连通域集合中每个连通域的匹配程度；

34、计算基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域和其待匹配连通域集合中每个连通域的匹配程度的平均值，记为基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域为疑似胆道结石区域的可能程度；结合预设的可能程度阈值，对基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域进行判断，得到中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域。

35、进一步地，所述根据基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域与其每个待匹配连通域的轮廓、所含有像素点的数量以及在肝胆管结石图像中的位置，得到基准图像中的疑似胆道结石区域内每个连通域和其待匹配连通域集合中每个连通域的匹配程度，包括的具体公式如下：

36、

37、式中，表示基准图像中的疑似胆道结石区域内第个连通域和第个待匹配连通域的匹配程度，表示基准图像中的疑似胆道结石区域内第个连通域的中心点所对应像素点与第个待匹配连通域的中心点所对应像素点之间的欧式距离，表示基准图像中的疑似胆道结石区域内第个连通域和其第个待匹配连通域的轮廓相似度，表示基准图像中的疑似胆道结石区域内第个连通域中包含像素点的数量，表示基准图像中的疑似胆道结石区域内第个连通域的第个待匹配连通域中包含像素点的数量，表示归一化函数，表示绝对值函数。

38、进一步地，所述根据基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个连通域的形状，得到基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度调整系数，包括的具体步骤如下：

39、使用圆形度计算方法和矩形度计算方法计算出基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的圆形度和矩形度；

40、根据基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的圆形度和矩形度，得到基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的胆道结石特征；

41、将基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的胆道结石特征与基准图像中的最终疑似结石区域内所有连通域的胆道结石特征之和的比值，记为基准图像中的最终疑似结石区域中每个连通域内像素点的灰度调整系数；

42、将255减去基准图像中的最终疑似非结石区域中所有像素点的灰度均值的倒数作为基准图像中的最终疑似非结石区域中所有像素点对应的灰度调整系数。

43、进一步地，所述根据基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的圆形度和矩形度，得到基准图像中的最终疑似结石区域内每个连通域的胆道结石特征，包括的具体公式如下：

44、

45、式中，表示基准图像中的最终疑似结石区域内第个连通域的胆道结石特征，表示第个连通域的圆形度，取值范围在0到1之间，表示第个连通域的矩形度，取值范围在0到1之间。

46、进一步地，所述根据基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度调整系数，得到灰度增强后的肝胆管ct图像，包括的具体步骤如下：

47、对于基准图像中的最终疑似结石区域中的第a个连通域的灰度值增强方法如下：

48、

49、式中，表示基准图像中的最终疑似结石区域中第个连通域内第个像素点调整后的灰度值，表示基准图像中的最终疑似结石区域中第个连通域内第个像素点的原灰度值，表示基准图像中的最终疑似结石区域中第个连通域的灰度增强系数，表示绝对值函数；

50、对于基准图像中的最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度值增强方法如下：

51、

52、式中，表示基准图像中的最终疑似非结石区域中第个像素点灰度值调整后的值，表示基准图像中的最终疑似非结石区域中所有像素点对应的灰度调整系数，表示基准图像中的最终疑似非结石区域中第个像素点的原灰度值；

53、对基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度值进行调整，得到灰度增强后的肝胆管ct图像。

54、本发明的技术方案的有益效果是：本发明通过获取患者的肝胆管ct图像的灰度直方图，得到肝胆管组织细节灰度值阈值，在获取肝胆管组织细节灰度值阈值时，去除了非肝胆管区域，使得每张肝胆管ct图像的肝胆管组织细节灰度值阈值更接近真实情况；在获取每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域时，依据胆道结石内像素点灰度值较高与波动较强的特征，使得每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域的准确性更高；根据每张肝胆管ct图像中的疑似胆道结石区域中连通域的数量，得到基准图像；依据同一结石在多张肝胆管ct图像中的位置与形状较为相似的特征，使得得到基准图像中的最终疑似结石区域与最终疑似非结石区域更接近真实情况；依据胆道结石在肝胆管ct图像中表现为圆形或者椭圆形，使得基准图像中的最终疑似结石区域中每个连通域内像素点的灰度调整系数更接近真实情况；在对基准图像中像素点的灰度值进行调整时，增大最终疑似结石区域内像素点的灰度值，降低最终疑似非结石区域中每个像素点的灰度值，从而使得在增强后的肝胆管ct图像中结石区域与非结石区域的差异更大；最终因为增强后的肝胆管ct图像中结石区域与非结石区域的差异更大，使得分割出的结石区域更准确。