【摘 要】
:
近年来神经外科手术的医学影像导航技术发展十分迅速。影像导航为外科医生提供了必要的工具,能更好地显示患者大脑的解剖结构信息,以及这些结构的位置关系。利用磁共振血管造影技术(Magnetic resonance angiography,MRA),可以实现脑血管分割和血管结构的可视化。脑血管的准确分割可以辅助神经外科医生进行手术规划或制定治疗方案。深度学习是近年来火热的一种机器学习方法,该方法能根据数据
论文部分内容阅读
近年来神经外科手术的医学影像导航技术发展十分迅速。影像导航为外科医生提供了必要的工具,能更好地显示患者大脑的解剖结构信息,以及这些结构的位置关系。利用磁共振血管造影技术(Magnetic resonance angiography,MRA),可以实现脑血管分割和血管结构的可视化。脑血管的准确分割可以辅助神经外科医生进行手术规划或制定治疗方案。深度学习是近年来火热的一种机器学习方法,该方法能根据数据自动提取有意义的特征,实现脑血管自动分割。有研究利用深度学习方法实现脑血管分割,体现出较好的分割性能。但是这些研究大多数只考虑颅内血管,而忽略颅外血管。图像的多视角信息、多种MRA参数可以从不同角度反映脑血管信息,两者相互结合可提供更鲁棒的血管特征,得到更精确的脑血管分割结果。本研究拟基于深度学习方法、多视角和多参数等知识,设计充分利用上下文信息的网络以实现准确的脑血管分割。本文开展三个方面的研究。(1)基于几种常见的传统分割算法进行脑血管分割,其中手动选取阈值的方法较好,平均Dice相似系数为73.3%,敏感度为64.2%,精确度为86.6%,平均95%豪斯多夫距离为4.6mm。但是传统算法难以准确分割颅外血管、低强度血管以及细小的血管等。(2)以2D Unet深度学习网络结构为基础,搭建两次级联2D Unet网络、三次级联2D Unet网络、级联多视角2D Unet网络。结果显示,基于级联多视角2D Unet网络的脑血管分割性能较好,平均Dice相似系数为90.3%,敏感度为87.5%,精确度为93.2%,平均95%豪斯多夫距离为0.95mm。这证明了综合利用多视角(横断面、矢状面、冠状面)信息和网络级联的有效性。(3)以Unet++及Res Net结构为基础,搭建多参数2D Res Unet++网络、多视角多参数级联3D Unet网络和级联多视角多参数3D Res Unet++网络。结果显示,基于级联多视角多参数3D Unet++网络的脑血管分割性能最好,平均Dice相似系数为91.4%,敏感度为90.2%,精确度为92.7%,平均95%豪斯多夫距离为0.58mm。以上结果表明,综合利用多个视角、多种参数图像以及三维图像的空间信息的级联网络,可以初步解决头颅头皮血管、低灰度值血管以及细小血管难分割的问题。本研究成功提出基于MRA图像和多参数多视角级联深度学习网络的脑血管分割的网络模型,实现了较准确的脑血管自动三维分割。所提出方法有望提供准确的三维脑血管分割结果,辅助神经外科医生进行手术规划和制定治疗方案。
其他文献
医学图像解剖结构的分割在医学辅助诊断中起到重要的作用。在近三十年来的时间里,已经有大量的交互式三维分割的方法被研究出来,目前多数交互式分割算法直接操作于三维数据空间,并且利用了图像的所有空间信息。与通过全手动逐层圈图的得到的标准结果,常常能得到90%以上的重叠率。然而,直接对三维体数据分割的方法,较难进一步提高分割精确度。尤其对于边界对比度不明显的器官/组织边界,虽然和金标准相比,只是为了提高10
生物组织在生理和病理结构发生变化时,会导致组织电导率发生变化。明显的电导率差异可作为病例检测的敏感指标,为癌症的早期诊断提供依据。磁声电成像是一种新颖的医学成像方法,可获得组织的电导率信息,重建的信号具有超声成像的高分辨率和电阻抗成像的高对比度的特点。本文对信号重建方法展开了研究。将超声编码激励和反卷积算法结合,处理磁声电信号,提高了信号的质量。在数值仿真方面,使用有限元仿真软件COMSOL Mu
化疗和放疗是国际医疗界治疗癌症的一般常用手段。然而,大多数现有的化学/放射治疗剂对正常组织和血液具有非特异性毒性,使这两种治疗肿瘤的方法均存在很大的毒副作用,对人体的正常组织和器官会造成较大的伤害。开发高效、低毒、具有新作用机制的新型抗癌药物在当前药物研发领域中备受关注。一些气体信号分子如CO和NO可以选择性诱导癌细胞凋亡,并在合适的浓度范围内保护正常细胞。气体治疗的这种抗癌选择性明显优于传统的化
生物组织有其特定的电特性,它与组织的含水量、温度、血流丰富程度以及细胞的类型、密度以及细胞膜结构等多种因素有关。组织生理状态或病理状态的变化会导致这些因素的改变,即会引起组织电特性的变化。反之,如果组织的电特性发生了变化,则表明组织的生理或病理状态发生了改变。因此,生物组织电特性测量有助于早期癌症的筛查,为临床诊断早期癌症提供了一种具有前景的治疗手段。同时,了解生物组织的电特性信息还为临床手术如射
心血管疾病是中国居民死亡的首位原因,并且心血管疾病的患病和死亡人数仍处于上升阶段。这导致我国心血管疾病的负担日益增重。其已成为我国重大的社会公共卫生问题。动脉粥样硬化是许多心血管疾病的主要诱发原因。动脉粥样硬化已被证明会改变血管组织的力学参数。因此,非侵入性地方法来表征血管的力学特性是非常重要的,其可以帮助心血管疾病的诊断和治疗。超声剪切波弹性成像是一种利用声辐射力在组织中诱发并检测剪切波传播的无
目前,功能性胃肠病的患者在人群中十分普遍,其中为肠易激综合征和功能性消化不良的患者数量就占全球人口的16%26%。消化内科临床医生在这类就诊的人群中观察到,功能性胃肠病患者通常也伴随着焦虑、抑郁的情绪,在针对性的用药后不仅能改善功能性胃肠病患者的病症,还增强了该类型患者服药的依从性。适当服用对症的情绪舒缓类的药物有利于该类型患者的身心健康。但是治疗焦虑、抑郁类的药物往往为管制类药物,消化内科医生相
图像分割是医学图像处理与分析中的一个重要的研究课题。但是,依靠医生的手动分割不仅费时耗力,而且易受主观经验影响,存在较大误差大、自动化程度低等问题。为了解决这些问题,基于计算机辅助诊断的医学图像处理方法一直是研究关注的热点。近年来,深度学习方法在计算机视觉领域取得了巨大成功,因此也被研究者引入到医学图像处理分析中来。深度学习方法具有强大的特征学习能力,在疾病诊断、预测、病灶检测与分割等方面,都取得
发展性阅读障碍患者拥有正常的智力水平和教育背景,但阅读成绩显著落后于其年龄所应达到的水平。基于西方拼音文字语言的研究发现,语音处理缺陷很可能是阅读障碍的核心症状,而语音缺陷与大脑左半球的枕颞区、颞顶区和额下回的功能障碍有关。汉字属于表意文字,在书写符号如何匹配到语音系统等方面显著不同于拼音文字。过去研究还表明,中文阅读中负责语音和字形加工的神经机制和拼音文字的有所不同。然而,我们对于中文阅读障碍的
孕期使用可卡因严重危害子代身心健康,由于可卡因能够通过胎盘屏障以及胎儿的血脑屏障,扰乱大脑细胞信号传导机制,抑制单胺类尤其是多巴胺的转运以及重吸收,对胎儿生长发育、执行功能、功能网络的改变以及大脑形态结构均存在影响。产前可卡因暴露(Prenatal Cocaine Exposure,PCE)已成为一个影响数百万儿童的紧迫的公共卫生问题,并且是一个关系到科学和公共政策前景的关键问题。有证据表明,在育
产前可卡因暴露(Prenatal Cocaine Exposed,PCE)指孕妇在怀孕期间接触过可卡因或者含有可卡因成分的药物或食品使胚胎间接受到可卡因影响的现象。研究表明,产前可卡因暴露不仅会提高孕妇早产、流产的机率,而且会影响其体内胚胎长期的神经认知发育,甚至导致社会性问题,因此需要对产前可卡因暴露进行研究。当处于情绪激活状态,大脑为维持内外平衡,需要调控认知功能以抑制情绪激活,因此一直处于高