基本信息
- 項目名稱：
- 困難肺結節(jié)容積定量分析系統(tǒng)
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 困難肺結節(jié)容積定量分析系統(tǒng)，是一種根據(jù)SPN （孤立肺結節(jié)）影像特征，實現(xiàn)對胸膜相連的SPN、與血管相連的SPN 和磨玻璃SPN 共三種類型SPN 的數(shù)據(jù)分割的醫(yī)用軟件，獲取更為準確的肺結節(jié)定位與相關容積信息，為臨床醫(yī)生的診斷及確診提供可靠的依據(jù)。
- 詳細介紹：
- 困難肺結節(jié)分析系統(tǒng)簡介 本系統(tǒng)是面向臨床研究與診斷的，主要處理對象為肺部CT圖像。旨在為醫(yī)生提供一個肺結節(jié)輔助診斷平臺，對于困難肺結節(jié)進行定量進而進行定性的分析。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對肺部CT圖像中，困難孤立性肺結節(jié)，如與血管粘連的肺結節(jié)、與胸膜粘連的肺結節(jié)、磨玻璃狀的肺結節(jié)的分割，在此基礎上計算出肺結節(jié)在不同層面的面積、其真實的體積以及肺結節(jié)的具體位置等，幫助臨床醫(yī)生根據(jù)對肺結節(jié)定量的分析，進而進行定性分析，判斷肺結節(jié)的良惡性，同時，也為醫(yī)學專家的研究和教學提供豐富的圖文資料。另外本系統(tǒng)具有良好的平臺無關性和可擴展性，可運行于各種操作系統(tǒng)，友好的人機交互方式分割方式讓使用者無需教程便可掌握操作方法。 （一）系統(tǒng)開發(fā)條件 1.開發(fā)系統(tǒng)需要的硬件: (1)處理器：Intel （R） Core(TM)2 Duo CPU T7700 @ 2.40GHz (2)內存2GB (3)硬盤300GB (4)顯卡：ATI mobility Radeon HD 2600 XT 2.開發(fā)系統(tǒng)需要的軟件條件: (1)操作系統(tǒng)Windows XP /7 (2)Microsoft Visual Basic 6.0 中文版 （二）系統(tǒng)的組成基本組成模塊及其功能介紹 1.系統(tǒng)的模塊組成： 2.各模塊功能介紹 模塊一：登錄界面，輸入相應的用戶名和密碼，進入困難肺結節(jié)分析系統(tǒng)； 模塊二：打開格式為DICOM的CT圖像，進行圖像預處理，確定肺結節(jié)類型；其中，圖像預處理可以調用模塊九，對圖像進行放大、移動、運算、選擇顯示指定的圖像幀數(shù)、多幅圖的圖像顯示以及圖像偽彩色顯示等 模塊三：將圖像轉換為BMP格式，利用肺結節(jié)分析工具，提取感興趣區(qū)域，進行感興趣區(qū)域的圖像分割； 模塊四：在感興趣區(qū)域內標記出目標點和背景點，對肺結節(jié)進行分割； 首先，用戶交互的輸入種子點來獲取目標和背景的空間位置信息。將輸入的種子點作為結節(jié)中心點，計算所有像素點到各個種子點的關系，根據(jù)距離和灰度信息函數(shù)值的大小將圖像中像素點進行分類，實現(xiàn)圖像初始分割；為了保證結節(jié)區(qū)域的連續(xù)性，采用區(qū)域增長法，從目標種子點出發(fā)搜索相鄰且具有目標標記的像素點，獲得最終的圖像分割結果。 模塊五：顯示版本信息； 模塊六：顯示肺結節(jié)的數(shù)據(jù)分析； 通過交互式分割算法提取的邊緣及其像素個數(shù)，獲得各個斷層圖像的邊緣，得到各個斷層圖像的面積，利用一下體積計算公式得到肺結節(jié)體積： 結節(jié)體積=∑每個斷層面積ⅹ層厚 =像素數(shù)ⅹ體素體積 模塊七：顯示病人的基本信息； 模塊八：顯示軟件幫助信息； 模塊九：高級工具箱，協(xié)助圖像進行預處理，可以進行放大、移動、運算、選擇顯示指定的圖像幀數(shù)、多幅圖的圖像顯示以及圖像偽彩色顯示等 （三）模塊界面介紹 模塊一——登陸界面（如圖1） 圖1 登陸界面 模塊二——圖像預處理（如圖2、圖3） 圖2 圖像預處理界面 文件：用于瀏覽要打開文件所在的目錄 病人信息顯示：用于調用模塊七，顯示病人的詳細信息 工具欄：用于對DICOM圖像進行預處理，有移動、放大、放大鏡等基本功能；高級處理工具為調用模塊九，進行圖像的放大、移動、運算、選擇多幅圖的圖像顯示以及圖像偽彩色顯示等高級的處理； 圖3 圖像預處理界面 幫助：用于調用模塊八，對操作過程中的遇到的問題進行說明； 版本信息：顯示本系統(tǒng)開發(fā)者的基本信息； 肺結節(jié)處理：用于選擇對應的肺結節(jié)類型，將DICOM圖像轉換為BMP格式圖像在模塊六顯示， 圖像幀數(shù)：顯示當前打開圖像的總幀數(shù)和當前幀，且可以選擇相應幀數(shù) 的圖像顯示出來； 模塊三——感興趣區(qū)域提?。ㄈ鐖D4） 圖4 感興趣區(qū)域提取界面 幫助：調用模塊八，對操作過程中遇到的問題進行說明； 縮略定位圖：顯示所截取的感興趣區(qū)域位于原圖中的具體位置；在對應的右邊的圖中通過拉伸滾動條進行圖像移動 確認提?。寒斣谟覀犬嫵龈信d趣區(qū)域后，截取感興趣區(qū)域； 返回上一層：返回到模塊二界面； 模塊四——肺結節(jié)分割（如圖5） 圖5 肺結節(jié)分割界面 保存：用于保存感興趣區(qū)域的圖像； 幫助：用于調用模塊八，提示操作者進行交互式操作； 回上一層：用于返回到模塊三，重新進行感興趣區(qū)域的截取等 略定位圖：顯示所截取的感興趣區(qū)域位于原圖中的具體位置； 放大：對截取后的感興趣區(qū)域進行放大； 標記點點擊提示：用于調用模塊八，幫助操作者畫出標記點； 圖像分割：用于進行肺結節(jié)分割的處理； 模塊五——版本信息顯示（如圖6）： 顯示出本軟件開發(fā)小組的人員成員、分工內容以及本小組的聲明內容 圖6 版本信息顯示 模塊六——肺結節(jié)分割結果和分析信息顯示界面（如圖7） 圖7肺結節(jié)分割結果和分析信息顯示界面 顯示出肺結節(jié)發(fā)分割結果以及面積、體積以及結節(jié)所跨越的幀數(shù) 模塊七——病人信息顯示（如圖8） 圖8 病人信息顯示 顯示出病人的就診ID號、病人姓名、性別、出生日期以及檢查日期； 模塊八——軟件幫助信息（如圖9） 與血管粘連的肺結節(jié)圖例：用于提示肺結節(jié)的類型 與胸膜粘連的肺結節(jié)圖例：用于提示肺結節(jié)的類型 磨玻璃狀肺結節(jié)圖例：用于提示肺結節(jié)的類型 標記點點擊圖例：用于提示操作者進場標記點的操作 返回：用于返回到本層操作界面 模塊九——高級工具箱（如圖10） 圖9 軟件幫助信息 圖10高級工具箱 圖像工具：用于對圖像進行點的標記、文字標注、長度測量、面積測量等； 圖像縮放：用于對圖像進行放大、縮?。ㄈ鐖D11）； 圖11 高級工具箱之圖像縮放 圖12 高級工具箱之圖像運算與變換 圖像運算與變換：用于對圖像進行旋轉、平滑、降噪、線性過濾等操作（如圖12）； 多幅圖像分布：用于同時顯示多幅相鄰的圖像（如圖13）； 圖像動態(tài)播放：用于以一定速度連續(xù)播放多幀的圖像（如圖14）； 圖13 高級工具箱之多幅圖像分布 圖14 高級工具箱之圖像動態(tài)播放 圖像偽彩色：用于顯示不同色調的圖像效果（圖15）； 圖像信息圖層：顯示DICOM圖像的圖層信息（圖16）； 圖15 高級工具箱之圖像偽彩色 圖16 高級工具箱之圖像信息圖層 隱藏高級工具欄：將高級工具欄全部隱藏。 系統(tǒng)操作流程 圖17系統(tǒng)操作流程圖 首先，打開困難肺結節(jié)分析系統(tǒng)軟件后，進入登陸界面；輸入用戶名和密碼后便可正式進入本系統(tǒng)；通過菜單欄中的文件按鈕，打開目錄中的格式為DICOM的CT圖像，其中登陸界面中的其他按鈕在未打開任何圖像之前為不可操作的狀態(tài)；打開圖像后，可以通過菜單欄內病人信息顯示按鈕察看病人的相關信息；可通過菜單欄中版本按鈕查看本軟件開發(fā)團隊的相關信息；通過菜單欄的工具欄，可以對圖像進行窗寬、窗位、放大、縮小、移動等處理；可以通過查看幀數(shù)知道當前圖像的幀數(shù)，而且可以直接輸入相應幀數(shù)，選擇需要打開的圖像；醫(yī)生通過先驗判斷打開的圖像為哪個類型，或者可以通過菜單欄上幫助文件，里面有各類結節(jié)的示例圖，幫助醫(yī)生進行判斷；當選擇其中的一種肺結節(jié)類型后，界面將跳轉到感興趣區(qū)域提取界面：醫(yī)生通過拉動滾動條來移動圖像，在感興趣區(qū)域，通過鼠標的拉動，可選取感興趣區(qū)域，在未畫出感興趣區(qū)域之前，確認按鈕為不可操作狀態(tài)；當點擊了確認提取后，將跳轉到肺結節(jié)的分割界面；在肺結節(jié)分割界面中，可放大感興趣區(qū)域，通過菜單欄內的保存按鈕可以將感興趣區(qū)域保存；在提示框的指示下畫出背景點和目標點，或者可以通過幫助文件的提示畫出；通過點擊圖像分割按鈕，可以將肺結節(jié)從感興趣區(qū)域中提取出來。系統(tǒng)的流程圖（如圖17） 結果展示（如圖18-21） 圖18 與血管粘連的肺結節(jié)分割前的原圖 圖19 分割效果圖 圖18 與胸膜壁粘連的肺結節(jié)分割前的原圖 圖20 分割效果圖 （圖片請見論文）
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本軟件設計發(fā)明的目的是：根據(jù)SPN 影像特征，建立交互式肺結節(jié)分割方法，實現(xiàn)對胸膜相連的SPN、與血管相連的SPN 和磨玻璃SPN 共三種類型SPN 的數(shù)據(jù)分割，獲取更為準確的肺結節(jié)定位與相關容積信息，為臨床醫(yī)生的診斷及確診提供可靠的依據(jù)。 基本思路：利用交互式分割算法對肺結節(jié)圖像進行分割和容積測量，使用Visual Basic 語言實現(xiàn)程序設計實現(xiàn)。 創(chuàng)新點：首次利用Visual Basic 語言開發(fā)困難肺結節(jié)圖像分割及體積測量。 技術關鍵：肺結節(jié)的密度值相對肺實質較高，但其邊緣往往較為模糊，如同磨玻璃狀，并且經(jīng)常與血管、胸壁相連，而結節(jié)通常與血管、胸壁的CT密度值相近，僅考慮密度信息將無法準確分割。因此，精確地分割肺結節(jié)具有非常關鍵的重要意義，但又具有很大的難度。
科學性、先進性
- 交互式方法主要是通過用戶簡單的操作來幫助算法實現(xiàn)圖像分割的作用，是圖像處理技術中的一項關鍵技術，自20世紀70年代起一直受到人們的高度重視[11,12]，并應用于醫(yī)學圖像分割研究上[13-15]。交互式分割算法是從復雜背景中提取感興趣目標的交互式圖像分割算法，其分割準確度與算法執(zhí)行效率較高，且交互操作量極少[16]。由于醫(yī)生在觀察SPN圖像時使用了大量的先驗醫(yī)學知識，所以人機交互的分割方法可以實現(xiàn)更好的SPN分割效果。項目成員對交互式分割算法有比較詳盡的研究，并有效的將交互式分割算法應用在醫(yī)學，足跡檢驗等相關醫(yī)學圖像分析應用中[17-19]。結合診斷臨床醫(yī)生的經(jīng)驗知識以及交互式算法研究的前期工作對SPN進行分割研究，已取得了階段性的進展。本項目將交互式分割算法作為SPN分割主要技術路線；對SPN進行分割、檢測、容積測量等一系列圖像處理、分析研究及其應用。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本軟件的設計，目的是克服與血管、胸壁相連的SPN 和磨玻璃密度SPN 的數(shù)據(jù)分割的難點，分割出更加精確的肺結節(jié)邊界，獲取更為準確的肺結節(jié)定位與相關容積信息，為臨床醫(yī)生的診斷及確診提供可靠的依據(jù)。這就體現(xiàn)出本軟件的市場需求。我們的設計理念定位于肺結節(jié)與周圍組織粘連分割不精確的熱點問題，瞄準國際交互式分割算法研究的前沿，期望促進肺結節(jié)分割算法的基礎研究，在應用上可以為肺部早期診斷提供有效的分析數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)同樣可以為肺癌發(fā)展研究提供科學依據(jù)。 本軟件設計的亮點在于使用Visual Basic這種簡單的程序語言來實現(xiàn)醫(yī)學圖像處理功能，打破了軟件界不屑VB的氣氛。VB易掌握，使用方便，尤其是其可視化的功能，使編程人員的想法能與軟件功能實現(xiàn)很好的連接與實現(xiàn)。 我們立足于促進肺結節(jié)分割算法的基礎研究，可以為肺部早期診斷提供有效的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)同樣可以為肺癌發(fā)展研究提供科學依據(jù)。其次友好的界面設計能使操作的醫(yī)生快速掌握使用技巧，發(fā)揮其強大的輔助功能，成為醫(yī)生的好幫手。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有的醫(yī)用計算機輔助診斷（Computer-Aided Diagnosis, CAD）軟件已能對肺結節(jié)的分割和三維重建。在此基礎上研發(fā)的結節(jié)容積定量和倍增時間預測技術，甚至對較小的SPN的診斷與鑒別診斷都顯示出臨床應用前景。這些進展表明，先進的MSCT具有對SPN進行自動識別、分析并鑒別其良、惡性的潛力。但現(xiàn)有技術仍存在著明顯的不足：首先軟件分割結節(jié)是全自動的，掃描參數(shù)一致，分割閾值固定，但肺結節(jié)的容積測量還會受結節(jié)大小、呼吸及心動周期所致的運動偽影、結節(jié)類型等因素的影響，使計算機輔助診斷軟件不能準確得到肺結節(jié)的實際容積。肺結節(jié)的密度值相對肺實質較高，但其邊緣往往較為模糊，如同磨玻璃狀，并且經(jīng)常與血管、胸壁相連，而結節(jié)通常與血管、胸壁的CT密度值相近，僅考慮密度信息將無法準確分割。因此，精確地分割肺結節(jié) 具有非常關鍵的重要意義，但又具有很大的難度。 目前醫(yī)生對候選結節(jié)進行分析研究時，往往存在的以下問題：①與胸壁相連的結節(jié)。這種結節(jié)往往和胸壁連接緊密，當前醫(yī)生工作站中的圖像分析軟件無法對其進行邊緣檢測和三維重建，工作站分割的邊緣將胸壁也歸在結節(jié)的輪廓中，得不到準確的結節(jié)容體測量數(shù)據(jù)。②與血管、支氣管相連的結節(jié)。這種結節(jié)在臨床應用中常見，由于血管、支氣管與結節(jié)相連部分影像的特征與結節(jié)相似，在工作站中對其進行分割和三維重建時將血管、支氣管的體積也算在結節(jié)容積中，增加了肺結節(jié)的容量，混淆肺結節(jié)檢測。③磨玻璃狀（Ground-Glass Opacity，GGO）結節(jié)或不規(guī)則的結節(jié)。該類結節(jié)的影像特征不明顯，在工作站進行分割時結節(jié)內部被分割開，無法獲得結節(jié)的正確容積測量數(shù)據(jù)。上述三種類型結節(jié)的分割成為目前國內外學者研究的熱點。 本軟件利用交互式分割方法對肺結節(jié)進行分割，利用分割的數(shù)據(jù)進行體積測量，該研究定位于肺結節(jié)與周圍組織相連分割不精確的熱點問題，瞄準國際交互式分割算法研究的前沿，期望促進肺結節(jié)分割算法的基礎研究，在應用上可以為肺部早期診斷提供有效的分析數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)同樣可以為肺癌發(fā)展研究提供科學依據(jù)。
