基于模型及几何活动轮廓模型血管分割方法综述_论文

科 学 理 论  基于模型及几何活动轮廓模型血管分割方法综述  李 莉 华  ( 重庆 电子工程职业学 院 4 0 1 3 3 1 )   摘 要: 血管 图像分割 是血管成像 系统 中的关键技术 , 是血管三 维可视化 、 形态 学测量等后 续处理和分析步骤的必要前提 。 基于模型及几何活动轮廓  模型血管分割方法是医学图像非刚性配准方法 中的重要一支 , 本文对 该种研 究方法现状进行 了综述整 理, 以供研 究者参 考。   关键词 : 血管分割 ; 几 何 活 动 轮 廓  血 管 分 割 方 法 大 致 可 以 分 为 如 下 几类 : 区域生长、 形态学方法 、 匹配 滤   或 分割 软 边 缘 图像 时 , 在 血 管 边 缘 容 易 产 生 边 界 泄 漏 的 问 题 。 这 些 算 法 的  波、 血 管跟踪 和形变模型等 , 本文重点介绍 基于模型及几 何活动轮廓模 型  血管分割方法 。   分割 结果依赖于初始轮廓设置 , 不 同的初始轮廓经 常会 得到不 同的分割 结  果, 并且分割结果对噪声非常敏感 。   基于 区域 的几何活动轮廓模型 以图像区域特征作为演化停止条件。 相  比于基于边缘 的几何活动轮廓模型 , 这类方法对弱 边缘 血管的分割效果较  更好 , 并 且具 有 更 好 的 抗 噪 声 能 力 。Mu mf o r d — S h a h模 型 ( M— S模 型 ) 是 典  型 的基于 区域信息 的几何活动轮廓模型 。因为 M— s模 型的能量函数 是非  凸函数, 所以在实际应用 中难 以实现数 值化计算 , 必须进行不 同程度 的近  似 或 简化 。   Ch a n和 Ve s e 在 M— s模 型 的 基 础 上 提 出 了 一 系 列 的无 边 缘 活 动 轮 廓   ( 一) 基于模 型的血管分 割算法  基于模型的方法主要可以分为参数模型和活动轮廓模型 两类 。 基 于参  数模型 的分割算法将被分割 目标进行参数化 定义。 广义圆柱模型是一种常  见 的参数模型 ,由一个中轴 曲线加上 定义在该中轴上的横截面 函数组 成。   典 型的横截面轮廓包括圆、 椭圆或参数曲线。活动轮廓模型基于动 力学模  型 的思想 , 通过连续 曲线或 曲面来描述 目标的边缘。在 曲线或 曲面本 身的  内力和 图像数据所构造的外力作用 下, 驱使曲线或曲面向目标轮廓移动 。   按照模型 中演化轮廓的表达形式的不同, 活动轮廓模型可 以分 为参数  活动轮廓模型 ( p a r a m e t r i c   a c i t v e   c o n t o u r   mo d e 1 ) 和 几何 活动轮廓模型( g e o —   me t r i c   a c t i v e   c o n t o u r   mo d e 1 ) 两大类 。参数活动轮廓模 型又称 为 S n a k e模型  主要使用直接序列 点来表述轮廓 。 S n a k e 模型经过发展和完善, 现 已成为  种成熟 的目标分割方法。因此, 几何活动轮廓模型一般也被称 为水平集  方法 。水平集方法最大 的优点是能够 自然地适应 目标拓扑变化 , 因此 在医  一 算法 。T s a i 基于 M— s模型, 使用 梯度流将外力 的作用 范围扩大 到整 个图像  域: Z h u和 Yu i l l e 提 出了一种最 小化 弧长 的算法 和基于 B a y e s 模 型的 区域  竞 争分割 算法。S i f a k i s 等人提 出了基于 Ba y e s 统 计模型的区域活动轮廓模  型。G a H a n d等 人 在 文 献 的 基 础 上 提 出 了可 处理 含 不 同 噪 声分 布 的 图像 分   割模 型。   通过 引入先验形状 , 活动轮廓模 型可分割心室 、 脑 胼胝体 、 肝脏 、 膝盖  软骨 等具有 典型形状特 征的 目标, 并可提高 目标分割 的精度  L e v e n t o n在  分割模 型中引入先验形状信息 , 使用主成分分析 的方法对配准后 的形状 训  练 集建立先验形状统计模 型, 然后使用先验形状约束 曲线演化 。 Ch e n等人  将 含 有平 移 、旋 转 和 缩 放 等 特 征 的先 验 形 状 信 息直 接 加 在 零 水 平 集 上 , 而  非 加 载在 水 平集 函数 上 。 通 过 把 先 验 形状 到零 水 平集 上 的距 离 作 为 形 状 约  | I J , 学 图像分割 中得到 了广泛的应用。在数学上, 参数活动轮廓模 型和 几何活  动轮廓模型是相通的 ,两者可 以看作是同一能量函数的不 同表现 形式 , 在  定条件 下二者可 以相互转化 。 这些技术将血管分割的研究 向智能化和实  用 化 的 方 向发 展 , 必 将 拓 宽 血 管 分 割 技 术 在 临床 中 的应 用 范 围 。   一 ( 二) 几 何 活 动 轮 廓 模 型 国 内外 研 究现 状   几何 活动 轮廓模型 已广泛 应用于图像分割 、 图像平滑目 、 运动分割 、 运  动 目标跟踪 以及 图像修复  等。 使用几何活动轮廓模型分割 图像时 , 利用水  平 集 在 更 高维 度 的空 间里 函 数 化 目标 轮 廓 , 使 轮 廓 沿 按 照 设 计 的速 度 向 目   标轮廓演化 , 从而实现 目标 的分割 。 在这个过程 中, 演化速度的设计是实现  最 终分割 效果 的关键 。在设计演化速度时, 一般都是根据相应 的分割 准则  设计关 于轮廓 曲线或 曲面的能量函数 ,然后使用变分法最小化 能量函数,   当能量 函数达到极小值 时, 对应的解函数就是 目标的边缘轮廓 。   早 期的基 于几何活动轮廓线模型 的血管 分割 算法, 如C a s e l l e s   E

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