1. 肺部分割提取简介

在处理胸部CT时,我们常常需要获取肺部的一个mask,也就是将肺部结构从数据中提取出来。二维图像还好说,但是三维图像就会变得复杂复杂一点。肺部的分割常常做后续操作的预处理,所以有必要提取提取一个肺部的mask,来辅助后面的操作,所以这里利用传统图像处理方法来提取了一下肺部,当时方法又很多,这里只是抛砖引玉,也许对有些数据不适用,可以对其进行改动。

2. 原理

利用阈值分割、种子填充图像形态学、图像连通域这些操作来进行肺部的分割。

2.1 阈值分割

这个好理解,一般来说CT值的范围是-1000-+1000,而基于简单的观察,肺部就是胸腔内两个大的空洞,所以可以首先对图像进行二值化处理,这里是将CT大于-300的位置置为1,小于-300置为0,这样就将数据分为了三部分,外部空气,内部空气,躯干组织。如下图所示。

2.2 种子填充

利用种子填充算法,将外部的空气和内部的躯干分割出来,给定两个种子,一般就能分出来。分割的效果如下。然后再用阈值图像减去这个躯干就能得到初步的肺部mask。此时肺部的值是1,组织值是0。

2.3 图像形态学

因为肺内部有许多纤维,所以看起来会有以下空洞(相对于肺部来说),要填补这些空洞,所以利用形态学里的闭操作(先膨胀,再腐蚀)。先膨胀肺部,将小的空洞填充,再腐蚀,恢复原来的大小。

2.4 连通域

最后保留最大的连通域,此时最大的连通域就是肺部。

2.5 效果

以下图片是使用3dslicer渲染出来的。








3.代码

依赖库

  • SimpleITK
  • skimage
import SimpleITK as sitk
from skimage import measure def lungmask(vol):
#获取体数据的尺寸
size = sitk.Image(vol).GetSize()
#获取体数据的空间尺寸
spacing = sitk.Image(vol).GetSpacing()
#将体数据转为numpy数组
volarray = sitk.GetArrayFromImage(vol) #根据CT值,将数据二值化(一般来说-300以下是空气的CT值)
volarray[volarray>=-300]=1
volarray[volarray<=- 300]=0
#生成阈值图像
threshold = sitk.GetImageFromArray(volarray)
threshold.SetSpacing(spacing) #利用种子生成算法,填充空气
ConnectedThresholdImageFilter = sitk.ConnectedThresholdImageFilter()
ConnectedThresholdImageFilter.SetLower(0)
ConnectedThresholdImageFilter.SetUpper(0)
ConnectedThresholdImageFilter.SetSeedList([(0,0,0),(size[0]-1,size[1]-1,0)]) #得到body的mask,此时body部分是0,所以反转一下
bodymask = ConnectedThresholdImageFilter.Execute(threshold)
bodymask = sitk.ShiftScale(bodymask,-1,-1) #用bodymask减去threshold,得到初步的lung的mask
temp = sitk.GetImageFromArray(sitk.GetArrayFromImage(bodymask)-sitk.GetArrayFromImage(threshold))
temp.SetSpacing(spacing)
#利用形态学来去掉一定的肺部的小区域 bm = sitk.BinaryMorphologicalClosingImageFilter()
bm.SetKernelType(sitk.sitkBall)
bm.SetKernelRadius(2)
bm.SetForegroundValue(1)
lungmask = bm.Execute(temp) #利用measure来计算连通域
lungmaskarray = sitk.GetArrayFromImage(lungmask)
label = measure.label(lungmaskarray,connectivity=2)
props = measure.regionprops(label) #计算每个连通域的体素的个数
numPix = []
for ia in range(len(props)):
numPix += [props[ia].area] #最大连通域的体素个数,也就是肺部
maxnum = max(numPix)
#遍历每个连通区域
for i in range(len(numPix)):
#如果当前连通区域不是最大值所在的区域,则当前区域的值全部置为0,否则为1
if numPix[i]!=maxnum:
label[label==i+1]=0
else:
label[label==i+1]=1 label = label.astype("int16")
l = sitk.GetImageFromArray(label)
l.SetSpacing(spacing)
return l def main():
vol = sitk.ReadImage("Test.mha")
volarray = sitk.GetArrayFromImage(vol)
newvol = sitk.GetImageFromArray(volarray)
newvol.SetSpacing(vol.GetSpacing())
newvol.SetDirection(vol.GetDirection())
newvol.SetOrigin(vol.GetOrigin())
mask = lungmask(newvol)
sitk.WriteImage(mask,"newlungmask.mha") if __name__ == "__main__":
main()

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