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胸部DR双能减影技术与深度学习骨抑制成像技术在职业性尘肺病诊断中的应用研究

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胸部DR双能减影技术与深度学习骨抑制成像技术在职业性尘肺病诊断...

作者：谢媛琳南方医科大学

学位级别：硕士

职业性尘肺病是劳动者长期吸入生产性矿物性粉尘并在肺内潴留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主要特征的进展性肺部疾病,是不可逆的疾病,目前尚不能根治,无特效药。尘肺病分期越高越容易出现并发症,且病程进展快,致残率高,所以对早期尘... 详细信息

职业性尘肺病是劳动者长期吸入生产性矿物性粉尘并在肺内潴留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主要特征的进展性肺部疾病,是不可逆的疾病,目前尚不能根治,无特效药。尘肺病分期越高越容易出现并发症,且病程进展快,致残率高,所以对早期尘肺病的识别和准确诊断是尘肺病研究的重点。影像学检查不仅可以明确尘肺病变的有无及其分级情况,还可发现并发症,对尘肺病的早期发现、早期诊断和治疗有十分重要的意义。我国职业性尘肺病的筛查和诊断以胸部高千伏X射线摄影或数字化X线摄影(DR)作为首选方法和主要诊断依据,但尘肺病灶主要表现为1-10mm大小的小阴影,以1-3mm的小阴影最为多见,而DR胸片为二维重叠影像,双肺组织易受胸廓各构成骨和纵隔组织结构的影响,对于微小病灶极易漏诊。因此,如何在DR胸片上充分显示肺野尽量不受重叠组织的影响是尘肺病得以正确诊断的关键。随着X线检查技术的不断改进,衍生出一批新技术,如双能减影、骨抑制成像等,这些新技术可基本去除胸廓骨骼等结构的重叠影响,得到单一肺组织图像,明显提高DR胸片的清晰度和小病灶的诊断效能。但此类新技术由于病例收集、设备配置等诸多原因,其临床应用的研究报道不多。本课题研究主要包括以下三个部分:①探讨胸部DR双能减影技术(dual energy subtraction,DES)对职业性尘肺病诊断的临床应用价值;②基于深度学习的骨抑制成像技术(bone suppression image,BSI)对职业性尘肺病诊断的临床应用初探;③对比分析DES和BSI两种不同的骨抑制成像技术在职业性尘肺病的诊断效能及其优缺点,结果如下:第一部分目的:分析胸部DR双能减影技术对职业性尘肺病诊断的应用价值。方法:收集佛山市三水区疾病防治所86例疑似尘肺病患者以及21名粉尘作业人员的DR胸片(DR组)和双能减影软组织像(DES组)。以3名尘肺病诊断医师根据国家标准和相应标准片对DR组胸片共同阅片的诊断结果作为相对金标准,分析DES软组织像的胸片质量、DES组及DR联合DES软组织像(联合组)对尘肺小阴影大小形态的判断差异、对总体密集度和诊断分期与相对金标准的一致性和总体差异性、以及对肺区小阴影密集度、小阴影聚集和大阴影判断的差异。结果:DES软组织像的优片率低于DR组(56.1%vs72.9%),差异有统计学意义(P0.05);DES组对小阴影总体密集度和诊断分期的判断与DR组相比总体程度上均无显著的差异(P值均>0.05)且一致性均为强(k值分别为0.860、0.933,P值均骨抑制成像技术在职业性尘肺病诊断中的应用价值。方法:收集佛山市三水区疾病防治所2014年1月至2019年12月门诊和职业健康体检中发现的疑似职业性尘肺病DR胸片(DR组)共351例,运用骨抑制处理软件进行骨抑制处理,获得DR骨抑制软组织像组(BSI组)。以3名尘肺病诊断医师根据国家诊断标准片对DR胸片共同阅片的诊断结果作为相对金标准,分析BSI组及DR联合骨抑制软组织像组(联合组)对尘肺小阴影大小形态的判断差异、对总体密集度和诊断分期与相对金标准的一致性和总体差异性,以及对肺区小阴影密集度、小阴影聚集和大阴影判断的差异。结果:与DR组相比,BSI组、联合组对尘肺小阴影大小形态、小阴影聚集和大阴影的判断均无显著的差异(P值均>0.05)、对各肺区小阴影密集度、小阴影总体密集度的判断均为一致性较强(k值分别为0.749、0.750,0.768、0.778;P值均<0.05);BSI组对尘肺病分期的诊断上与DR组一致性较强(k值为0.800;P<0.05),而联合组对尘肺病分期的诊断与DR组相比为一致性强(k值为0.819,P<0.05);两组均可明显降低各肺区总体密集度1级而提高2、3级的诊断,同时可以明显降低尘肺Ⅰ期提高Ⅱ期诊断率。BS

关键词：尘肺胸部 DR 双能量减影深度学习骨抑制诊断

基于密集特征匹配的胸片肺野自动分割和骨抑制方法研究

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基于密集特征匹配的胸片肺野自动分割和骨抑制方法研究

作者：佘广南南方医科大学

学位级别：硕士

随着工业化的快速发展,环境问题尤其是大气污染越来越严重,随之带来的是各种肺部疾病的发病率致死率的越来越高。常见的肺部疾病有：肺气肿、肺不张、肺实变、纤维化、钙化、肿块或结节、肺癌、肺结核以及各种肺炎。其中肺癌已经成为了... 详细信息

随着工业化的快速发展,环境问题尤其是大气污染越来越严重,随之带来的是各种肺部疾病的发病率致死率的越来越高。常见的肺部疾病有：肺气肿、肺不张、肺实变、纤维化、钙化、肿块或结节、肺癌、肺结核以及各种肺炎。其中肺癌已经成为了全球头号癌症杀手,且近年来肺癌的发病率在全球范围内仍呈持续上升的趋势,这一趋势在中国尤其明显。肺癌的发病率与人口老龄化、城市工业化、环境污染以及不健康的生活方式无不相关。其中,吸烟等不良生活方式是导致肺癌的重要因素之一。但是,肺癌其实可预防可控制的,如果出现经常性的胸痛、声音嘶哑、咳血等症状,或肺肩部有肩痛感、手指麻木、头痛呕吐等,则需尽早筛查,排除肺癌的可能性,做到早发现早治疗。此外,肺癌的早期影像学表现一般为肺结节,普通的数字X线胸片即可检出70-80%的微小肺结节。数字X线胸片由于价格低廉、快速便捷、辐射剂量低等特点,早已成为了肺部疾病健康筛查和早期确诊的首选影像检查技术。X线胸片在肺部疾病的检查方面已占到影像诊断领域的40%左右,足以证明X线胸片在影像诊断方面的应用价值。但是由于病人数量太多,且如果放射科医师单纯靠肉眼去寻找病灶,再根据经验进行下一步的分析判断确诊,这个过程是非常的耗时耗力的,势必造成工作效率低,病人积压排队时间长等问题。因此,随着计算机技术及医学图像处理技术的发展,临床上已经出现了计算机辅助诊断系统。由于医学图像的特殊性,如图像对比度差异小,相邻组织或器官的遮挡,成像条件不一致等因素,在进行疾病的分析诊断之前,需要进行一些前处理,特别是需要对病灶或关键器官进行自动分割。由于成像内容、方式及成像条件上的复杂性,如患者的个体差异性、局部体效应、运动或呼吸造成的伪影及噪音等,同一种分割方法对不同组织或病灶的分割不一定奏效。所以,X线胸片的肺野自动分割一直是医学图像分割领域的一个热门研究方向。其中针对X线胸片肺野的分割算法很多,如基于像素分类的、活动形状模型、非刚性配准等,肺野分割的准确度与运行速度也越来越高。但是仍然存在一些困难：在锁骨和肋骨窗的强边界,容易陷入局部最小值;肺肩部位以及周围器官的灰度影响;极小的胸膈角很难准确分割等。本文的主要研究内容包括：(1)基于特征密集匹配的胸片肺野自动分割。准确的胸片肺野自动分割是基于计算机辅助数肺部疾病诊断系统的重要前提。受启发于广泛用于自然图像分割的块匹配算法(PatchMatch),即对一幅图像中每一个图像块从另一幅图像中搜索出最相似的图像块,然后用相似图像块重建出输入图像。块匹配算法是一种简单高效的图像块匹配算法。利用图像的一致性,即相邻的块与它们的最近邻之间的位移向量可能是一样的,因此块匹配算法可以将最近邻场传播到相邻的区域。而且,在初始化随机匹配最近邻时,至少有一个图像块分配的近邻图像块是比较合理的这种可能性是比较大的。PatchMatch算法可分为三步：随机初始化、近邻场传播、随机搜索。随机初始化指的是对图像A中的每一个图像块都在图像B中随机地指定一个最近邻,得到初始最近邻场;近邻场传播可以把好的位移关系传到周围的区域,从而逐步优化最近邻场;随机搜索是指在传播后的近邻块为中心的窗口内再随机分配一个块作为近邻,再次优化了近邻,很大程度上避免了局部极小值的出现。本文的研究思路是,对于输入的待分割胸片,基于每个像素点提取密集SIFT描述子和图像块作为局部特征,采用密集匹配直接在整个参考胸片图像特征集合中快速搜索近邻;密集匹配分为受限的随机初始化、近邻场传播和受限的随机搜索三步,并数次迭代后两步。利用匹配得到的近邻场,提取标号图像块并进行加权,权重为匹配的相似度,最后重组为肺野的概率图,经阈值化处理即可得到肺野的分割。在公开的JSRT胸片图像数据集上进行测试,本文方法的Jaccard指标可达95.5%。利用局部特征的密集匹配和标号融合能取得准确性高且稳定的胸片肺野分割效果,并且优于当前最好的胸片肺野分割方法。(2)基于密集特征匹配的数字胸片虚拟双能减影。数字胸片双能减影是一种特殊的X线成像方法,可生成具有组织特性的图像。一般指的是利用高低两级千伏级电压在极短的时间内对同一患者进行两次曝光,得到两幅胸片图像,减影后可得到软组织像和骨像。两次曝光的时间间隔短,在患者深呼吸憋气后完成,有效避免了由于呼吸运动造成的运动伪影。目前已有研究表明,数字胸片双能减影技术较常规DR而言,对胸部各结构的显示效果更优,有助于提高肺部疾病的诊断,比如基于计算机辅助诊断的肺结节检测,侵润型肺结核的诊断,肋骨骨折的诊断等。然而,大部分常规X线机并不能够提供双能减影的功能,且由于球管和发生器等技术要求较高,只有少数厂家能够生产出具有双能减影功能的特殊X线机。此外,双能减影成像对病人的辐射剂量较常规DR要高一些。从技术与安全方面考虑,为了克服硬件技术难题及降低患者接受的辐射剂量,

关键词：局部特征密集匹配标号融合肺野分割骨抑制胸片

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胸片肺野分割与骨抑制方法研究

胸片肺野分割与骨抑制方法研究

作者：席誉华南方医科大学

学位级别：硕士

X线胸片作为一项肺部疾病的早期诊断工具,具有价格可负担、相较于其他成像工具辐射剂量更低、并且易于获得和操作的优势。在计算机辅助诊断中,胸片的肺野分割与骨抑制研究是关键性的步骤。本文的主要工作内容如下:(1)视图识别辅助的多... 详细信息

X线胸片作为一项肺部疾病的早期诊断工具,具有价格可负担、相较于其他成像工具辐射剂量更低、并且易于获得和操作的优势。在计算机辅助诊断中,胸片的肺野分割与骨抑制研究是关键性的步骤。本文的主要工作内容如下:(1)视图识别辅助的多任务全卷积网络,用于同时实现正、侧位两种视图胸片的肺野分割任务。DICOM格式存储的胸片数据中可能存在视图标签有误的情况。本文在FCN结构基础上增加了正、侧位胸片视图识别的辅助支路,对于两种不同视图的胸片使用单个模型即可完成胸片视图分类与肺野分割的任务。通过收集七个不同来源的正、侧位胸片,形成一个总数超过1500张胸片的数据集,用于训练得到泛化性能良好的模型。使用模型分割从未用于训练的胸片(如儿童胸片、新冠肺炎胸片等)的肺野,可取得满意的结果。在公开数据集Japanese Societyof Radiological Technology(JSRT)中正位胸片的肺野分割,模型的 Dice相似系数、Jaccard系数、平均边界距离分别是0.979±0.008、0.959±0.016和1.023±0.487mm。在侧位胸片的肺野分割,模型的Dice相似系数、Jaccard系数、平均边界距离分别为0.973±0.010、0.947±0.018和1.923±0.755mm。实验结果表明,我们的方法在正位胸片肺野分割方面优于当前已有的大部分算法,且能解决侧位胸片肺野分割问题。(2)基于FC-DenseNet的儿童胸片肋骨边界自动检测。将FC-DenseNet从分割任务扩展至边界检测任务,然而由于边界检测目标区域非常小,直接将其视为分割任务进行训练难度大。我们将分割任务转化为回归任务,从直接预测目标或背景为0/1转化成预测像素为目标区域的概率。将人工勾画的肋骨边界二值图像通过距离变换转换为概率图,并解决手工勾画肋骨边界不一致的问题。在随机选取的8例测试胸片中,前肋边界自动检测的平均边界距离、召回率、查准率和F1 分数分别为 1.91±0.62mm、0.73±0.03、0.68±0.10 和 0.70±0.05。后肋边界自动检测的平均边界距离、召回率、查准率和F1分数则分别为1.10±0.36mm,0.77±0.05,0.73±0.05和0.75 ± 0.03。自动检测的肋骨边界可作为中间结果用于胸片骨抑制处理。(3)基于主成分分析的儿童胸片骨抑制。由于儿童胸片没有对应的双能减影软组织像和骨像,不能直接通过有监督方法学习骨抑制模型。我们提出了利用骨骼边界自动检测模型检测的肋骨边界和手工勾画的锁骨边界作为中间结果,提取包含骨骼边界的图像块;在梯度域使用主成分分析分离出骨骼成分,再通过映射、空间插值、迭代重建出整幅胸片对应的骨像。从原始胸片中减去重建的骨像即可得到软组织像。实验结果表明,我们提出的方法可得到骨骼影像抑制效果良好的软组织像。

关键词：胸片肺野分割新冠肺炎儿童胸片边界检测骨抑制

基于运动校正和骨抑制的CTS图像质量提升方法研究

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基于运动校正和骨抑制的CTS图像质量提升方法研究

作者：李仟南方医科大学

学位级别：硕士

胸部断层合成技术(Chest Tomosynthesis,CTS)是新兴的三维成像技术。该系统通过X线管有限角度的运动获得投影,再利用投影重建断层图像。与传统X线摄影(Chest Radiography,CR)相比,CTS通过减少覆盖正常解剖结构重叠组织来提高解剖可见性... 详细信息

胸部断层合成技术(Chest Tomosynthesis,CTS)是新兴的三维成像技术。该系统通过X线管有限角度的运动获得投影,再利用投影重建断层图像。与传统X线摄影(Chest Radiography,CR)相比,CTS通过减少覆盖正常解剖结构重叠组织来提高解剖可见性,检测肺结节的敏感度至少比CR高3倍。与计算机断层成像(Computed Tomography,CT)相比,CTS的冠状面分辨率更高,对患者的辐射剂量也更低。CTS可以作为肺结节检测的常规成像工具,提高对肺实质的检测和对肺结节等异常的描述能力。CTS扫描时长大约是10到12 s,期间患者需要保持静止并屏息。然而,临床中发现很多患者在CTS扫描过程中很难完全屏住呼吸,尤其是存在肺部疾病患者。呼吸运动会使CTS对肺部病变的可检测性降低到CR水平。基于上述,在CTS扫描时自动识别患者的呼吸状态,以辅助技师判断是否需要再次扫描,具有重要的临床意义。另一方面,CTS扫描角度范围较小,重建图像会受到焦平面前后结构的污染。当肋骨与部分肺部区域重叠时,肋骨可能会遮挡肺组织或病变。因此,如何抑制结构遮挡,提高病变检测、识别的效率是非常值得研究的问题。针对上述问题,本文工作分为以下两部分。1.提出一个基于CTS投影的呼吸信号自动检测模型,该模型通过从投影中提取横膈膜运动实时产生呼吸信号。具体的,利用一次线性函数标定横膈膜由CTS成像几何诱导的固有运动,呼吸信号是由横膈膜的整体运动减去拟合的一次函数得到的。根据估计的呼吸信号,可将CTS投影分为4到8个相位,采用全变分正则化的迭代算法对每个相位投影进行重建。实验采用物理体模、数字XCAT体模和临床数据进行,结果表明该模型能准确从CTS投影中提取呼吸信号。四维CTS重建结果显示,呼吸运动引起的模糊明显减少。2.提出了基于投影图像骨抑制的CTS图像增强模型。具体的,提出了一种利用CT生成伪CTS投影的数据,并利用U-Net网络结合多重损失设计实现CTS投影数据骨抑制,从而实现CTS图像增强的模型。伪投影仿真中,采用层厚不超过0.3 mm的肺部CT以生成与真实CTS分辨率相近的伪投影,同时采用超分辨率技术对肺部CT进行重建来提升仿真投影平面内的分辨率。数据仿真将产生含骨投影及骨抑制投影数据对,作为U-Net网络输入。实验采用16例仿真数据作为网络的训练集,2例仿真数据作为验证集。同时,为评估模型在真实CTS图像上的骨抑制能力,使用从Shimadzu系统获取的2例病人数据进行测试。仿真数据和真实病人数据的实验结果表明,提出的方法在保留投影图像和断层图像中软组织细节的前提下能够有效抑制骨结构,进而提升病灶结构的显像能力。

关键词：胸部断层合成运动分析呼吸信号骨抑制深度学习图像重建

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基于动态DR的肺区域智能分割方法

中国医疗器械信息 2022年第13期28卷 32-37,136页

作者：陈卓邓兴广缪晓强郑晗广东省药品监督管理局审评认证中心广东广州510080 深圳技术大学4D医学动态与功能成像联合实验室广东深圳518055 深圳市安健科技股份有限公司广东深圳518055

多功能数字化动态数字X射线摄影(Digital Radiography,DR)具有高清影像、适时点片、实时回放、连续点片等多种功能,在临床诊断中得到广泛应用。动态DR可获得肺部呼吸运动变化的图像,对呼吸康复的效果测定、肺癌、慢性阻塞性肺疾病、支... 详细信息

多功能数字化动态数字X射线摄影(Digital Radiography,DR)具有高清影像、适时点片、实时回放、连续点片等多种功能,在临床诊断中得到广泛应用。动态DR可获得肺部呼吸运动变化的图像,对呼吸康复的效果测定、肺癌、慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、间质性肺炎等肺部疾病的诊断起到有用的价值,还可以观察到肺部的血流分布和通气分布情况。文章基于动态DR全呼吸周期的图像,通过传统方法和深度学习的结合进行量化分析,包括肺野识别、左右肺划分、肺部面积计算、膈肌定位、实时输出肺面积变化曲线和膈肌运动曲线。为临床医生提供多项量化指标,并且为临床动态DR诊断提供辅助支持。

关键词：动态DR 深度学习肺分割骨抑制横膈膜

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原发性骨质疏松症临床药物治疗新进展

中国老年保健医学 2013年第1期11卷 48-49页

作者：马芳远高青房朱秀华湖北十堰市铁路医院药剂科 4427162 十堰铁路医院门诊部 442000

骨质疏松症是一种以骨量减少,骨组织微细结构退化为特征的脆性增加以及易于发生骨折的一种多病因的全身性骨骼疾病[1]。骨质疏松症每年导致超过150万例椎体或非椎体骨折的发生。现今,随着人类社会的老龄化,生活节奏加快和饮食结构的不合... 详细信息

骨质疏松症是一种以骨量减少,骨组织微细结构退化为特征的脆性增加以及易于发生骨折的一种多病因的全身性骨骼疾病[1]。骨质疏松症每年导致超过150万例椎体或非椎体骨折的发生。现今,随着人类社会的老龄化,生活节奏加快和饮食结构的不合理,骨质疏松症已成为影响老年人,尤其是老年妇女生活质量的一种多发病。特别是原发性骨质疏松症导致骨痛、骨折、骨病直接影响中老年人的生存质量。

关键词：骨质疏松骨吸收骨抑制