基于區域生長與K-means聚類結合的肝臟腫瘤分割

林家興 呂東澔

摘要：獲取肝臟腫瘤部分的分割圖像一直是現在主流的問題。在原區域生長算法的基礎上進行優化，首先用k-means聚類對圖像進行預處理，然后按照圖片大小和像素值等因素加入了自適應選取區域生長種子節點的過程，并加入了形態學處理和邊緣提取的操作顯示最終結果。將結果與原區域生長算法和原聚類算法的分割結果進行了對比，結果顯示改良后的算法在精度、兼容性和速度上優于原算法，能起到更好的分割效果。

關鍵詞：肝癌;自適應;區域生長;k-means聚類;形態學處理;邊緣提取

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0134-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Segmentation of Liver Tumors Based on Regional Growth Combined with K-means Clustering

LIN Jia-xing，LV Dong-hao

（Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou 014010， China）

Abstract：Obtaining segmented images of liver tumors has always been a mainstream problem. In this paper， the optimization is carried out on the basis of the original region growth algorithm. The image is preprocessed by k-means clustering， and the process of seed node growth in the adaptive selected region is added according to the image size， pixel value and other factors， and morphological processing and edge extraction are added to display the final result. The results are compared with the segmentation results of the original region growth algorithm and the original clustering algorithm， and the results show that the improved algorithm is superior to the original algorithm in accuracy， compatibility and speed.

Key words：liver cancer;adaptive; regional growth;k - means clustering;morphological treatment;edge detectio

肝癌的治療一直是我國醫學上的重要課題，治療肝癌的方法主要是通過醫療手段對肝臟上已癌變的細胞進行染色，確定癌變程度，再根據染色后的肝臟圖片確定治療方案。現在的醫學圖像獲取主要是通過CT、MRI、US等，每種方法都適用于不同的病例，其中獲取肝臟圖像主要是通過CT設備。如何精準快速地對CT圖像中肝臟的癌變部分進行精準的分割一直是現在研究的一個重要課題[2]，分割的精度會直接影響后期對肝臟腫瘤的三維重建效果，相比于醫療人員憑借手動劃分肝臟信息，本文提出的自適應區域生長分割方法能更加有效快速的提取肝臟信息。

1 CT圖像分割

圖像分割的概念 是在目標圖片中將自己需要的部分提取出來，在一些簡單的目標圖像中，這樣的分割步驟可以手動進行圈畫來完成。但是對于復雜的圖像，手動分割就無法實現分割對精度的要求[1]。例如在醫學圖片中對各種病變器官的分割，這樣的分割對分割精度是有嚴苛要求的，稍有誤差就可能對手術的成功率造成極大的影響，甚至有可能直接威脅到患者的生命。CT圖片常常被應用于獲取各種病變器官信息，如何精準快速地從CT圖片中提取出病變區域一直是圖像分割這門課題的核心。現在常用的圖像分割方法有閾值分割，水平集分割，聚類模型分割，以及區域生長分割等[3]。

1.1區域生長算法

區域生長算法是圖像分割中一種比較常用的方法，它的原理是通過設置種子節點和種子節點的生長準則來演化，以達到圖像分割的目的[4]。

1.1.1種子節點選取

在區域生長算法中，種子節點的選取是最關鍵的一步，種子節點的選取根據圖像灰度值的分布、目標區域的信息以及算法的不同有著嚴苛的要求，例如在將生長準則設置成門限值時，種子節點的選取值要為目標區域灰度值的均值點，這樣才能避免過分割的情況出現。本文種子節點的選取為灰度值均勻的肝臟癌變部位，肝臟癌變部分經醫學染色后在CT圖像中能明顯的被觀測到。

1.1.2生長準則的制定

生長準則的制定相對于種子節點的選取并沒有那么嚴苛的要求，它可以是一個門限值，可以是一個模型，也可以是一個算法，具體的設置需根據對圖片目標提取的實際需求來設置，以確保鄰域的像素節點能準確地合并到種子節點的演化中[5]。本文的生長準則設定為門限值。

區域生長算法的優缺點很明顯，區域生長算法的優點在于分割灰度值均勻圖像時速度較快，且效果較好。但是對于灰度值不均勻的圖像來說區域生長的分割準確性很差，用時也較長，且無法達到預期標準，容易出現欠分割與過分割的情況。