基於計算解剖學的高度化的胰腺癌CAD技術的研究

《基於計算解剖學的高度化的胰腺癌CAD技術的研究》是依託東北大學，由姜慧研擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於計算解剖學的高度化的胰腺癌CAD技術的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜慧研
• 依託單位：東北大學

中文摘要

現階段計算機輔助診斷(CAD)的性能不如醫生，主要原因在於計算機難以結合人體解剖結構進行圖像診斷。特別是對於預後效果最差的胰腺癌，由於從醫學圖像中分割出胰腺的難度最大，使得胰腺癌CAD成為難題。近年國際上新興的計算解剖學，旨在構建能描述個體差異極大的解剖結構的計算解剖模型，並基於該模型進行輔助診斷，形成高度化的CAD技術，大幅地提高CAD整體性能。本課題基於醫學圖像處理和統計學理論構建包含3D形狀模型和狀態模型的胰腺計算解剖模型，從該模型獲得胰腺結構信息，研究基於胰腺計算解剖模型驅動下的胰腺分割、異常部位檢測、特徵提取和胰腺癌診斷新方法，建立胰腺癌CAD系統原型，在胰腺計算解剖模型和高度化的胰腺癌CAD關鍵技術方面取得突破，豐富計算解剖學的理論和方法，獲得具有自主智慧財產權的高度化的胰腺癌CAD技術。此研究將計算解剖學引入到CAD中，蘊含著大量的新理論和新方法，具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

採用計算解剖學、計算機圖像處理與模式識別技術，建立了胰腺圖像機率圖譜和統計模型，系統地研究了胰腺癌在CT圖像中的紋理、灰度、形狀、能量等基本問題，揭示了胰腺癌在CT圖像中的特性。針對傳統分割方法中往往僅從灰度信息考慮而並未充分利用目標對象統計形狀信息的問題，根據機率圖譜方法、胰腺組織器官的解剖位置及形狀等先驗知識，提出了胰腺計算解剖模型的構建算法，建立了胰腺機率圖譜和統計形狀模型，有效地利用了臟器在位置方面的機率信息，去除了無關組織對後續分割的干擾，同時利用具有解剖先驗知識的計算解剖模型良好地解決了不同組織由於灰度相似而粘連在一起的問題，加強了對弱邊緣區域分割的魯棒性；針對胰腺分割存在邊緣泄漏的問題，為了進一步提高分割的效率，基於水平集在醫學圖像分割上的優勢和胰腺計算解剖模型提出了一個新的胰腺分割方法，將快速行進水平集方法和改進的距離正則化水平集方法相結合，能夠有效地生成最優的初始水平集並且克服由於灰度相似而產生的過分割問題，該方法能夠快速、準確地從腹部CT圖像中分割出胰腺區域。針對胰腺癌檢測問題，提出了在張量空間表示圖像數據的方法，使用多線性主元分析方法提取特徵張量，提出了將模擬退火和量子進化算法融合的量子模擬退火算法，並利用量子模擬退火算法最佳化胰腺分類模型，提高了胰腺癌診斷的敏感性。根據上述算法，建立了胰腺“疑似異常部位”CAD系統模型，自主編程開發了可視化軟體，並對所提出算法進行了實驗驗證與分析。發表學術論文10篇，其中被SCI收錄6篇；申請了2項國家發明專利；培養了9名研究生。