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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 困難肺結(jié)節(jié)容積定量分析系統(tǒng)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 困難肺結(jié)節(jié)容積定量分析系統(tǒng)，是一種根據(jù)SPN （孤立肺結(jié)節(jié)）影像特征，實(shí)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(zhǔn)確的肺結(jié)節(jié)定位與相關(guān)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(xì)介紹：
- 困難肺結(jié)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(jié)節(jié)輔助診斷平臺，對于困難肺結(jié)節(jié)進(jìn)行定量進(jìn)而進(jìn)行定性的分析。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對肺部CT圖像中，困難孤立性肺結(jié)節(jié)，如與血管粘連的肺結(jié)節(jié)、與胸膜粘連的肺結(jié)節(jié)、磨玻璃狀的肺結(jié)節(jié)的分割，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出肺結(jié)節(jié)在不同層面的面積、其真實(shí)的體積以及肺結(jié)節(jié)的具體位置等，幫助臨床醫(yī)生根據(jù)對肺結(jié)節(jié)定量的分析，進(jìn)而進(jìn)行定性分析，判斷肺結(jié)節(jié)的良惡性，同時(shí)，也為醫(yī)學(xué)專家的研究和教學(xué)提供豐富的圖文資料。另外本系統(tǒng)具有良好的平臺無關(guān)性和可擴(kuò)展性，可運(yùn)行于各種操作系統(tǒng)，友好的人機(jī)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(nèi)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(yīng)的用戶名和密碼，進(jìn)入困難肺結(jié)節(jié)分析系統(tǒng)； 模塊二：打開格式為DICOM的CT圖像，進(jìn)行圖像預(yù)處理，確定肺結(jié)節(jié)類型；其中，圖像預(yù)處理可以調(diào)用模塊九，對圖像進(jìn)行放大、移動、運(yùn)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(zhuǎn)換為BMP格式，利用肺結(jié)節(jié)分析工具，提取感興趣區(qū)域，進(jìn)行感興趣區(qū)域的圖像分割； 模塊四：在感興趣區(qū)域內(nèi)標(biāo)記出目標(biāo)點(diǎn)和背景點(diǎn)，對肺結(jié)節(jié)進(jìn)行分割； 首先，用戶交互的輸入種子點(diǎn)來獲取目標(biāo)和背景的空間位置信息。將輸入的種子點(diǎn)作為結(jié)節(jié)中心點(diǎn)，計(jì)算所有像素點(diǎn)到各個種子點(diǎn)的關(guān)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(diǎn)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)圖像初始分割；為了保證結(jié)節(jié)區(qū)域的連續(xù)性，采用區(qū)域增長法，從目標(biāo)種子點(diǎn)出發(fā)搜索相鄰且具有目標(biāo)標(biāo)記的像素點(diǎn)，獲得最終的圖像分割結(jié)果。 模塊五：顯示版本信息； 模塊六：顯示肺結(jié)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(jì)算公式得到肺結(jié)節(jié)體積： 結(jié)節(jié)體積=∑每個斷層面積ⅹ層厚 =像素?cái)?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(jìn)行預(yù)處理，可以進(jìn)行放大、移動、運(yùn)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(yù)處理（如圖2、圖3） 圖2 圖像預(yù)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(diào)用模塊七，顯示病人的詳細(xì)信息 工具欄：用于對DICOM圖像進(jìn)行預(yù)處理，有移動、放大、放大鏡等基本功能；高級處理工具為調(diào)用模塊九，進(jìn)行圖像的放大、移動、運(yùn)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(yù)處理界面 幫助：用于調(diào)用模塊八，對操作過程中的遇到的問題進(jìn)行說明； 版本信息：顯示本系統(tǒng)開發(fā)者的基本信息； 肺結(jié)節(jié)處理：用于選擇對應(yīng)的肺結(jié)節(jié)類型，將DICOM圖像轉(zhuǎn)換為BMP格式圖像在模塊六顯示， 圖像幀數(shù)：顯示當(dāng)前打開圖像的總幀數(shù)和當(dāng)前幀，且可以選擇相應(yīng)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(diào)用模塊八，對操作過程中遇到的問題進(jìn)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(yīng)的右邊的圖中通過拉伸滾動條進(jìn)行圖像移動 確認(rèn)提取：當(dāng)在右側(cè)畫出感興趣區(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(jié)節(jié)分割（如圖5） 圖5 肺結(jié)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(diào)用模塊八，提示操作者進(jìn)行交互式操作； 回上一層：用于返回到模塊三，重新進(jìn)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(jìn)行放大； 標(biāo)記點(diǎn)點(diǎn)擊提示：用于調(diào)用模塊八，幫助操作者畫出標(biāo)記點(diǎn)； 圖像分割：用于進(jìn)行肺結(jié)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(nèi)容以及本小組的聲明內(nèi)容 圖6 版本信息顯示 模塊六——肺結(jié)節(jié)分割結(jié)果和分析信息顯示界面（如圖7） 圖7肺結(jié)節(jié)分割結(jié)果和分析信息顯示界面 顯示出肺結(jié)節(jié)發(fā)分割結(jié)果以及面積、體積以及結(jié)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(jié)節(jié)圖例：用于提示肺結(jié)節(jié)的類型 與胸膜粘連的肺結(jié)節(jié)圖例：用于提示肺結(jié)節(jié)的類型 磨玻璃狀肺結(jié)節(jié)圖例：用于提示肺結(jié)節(jié)的類型 標(biāo)記點(diǎn)點(diǎn)擊圖例：用于提示操作者進(jìn)場標(biāo)記點(diǎn)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(jìn)行點(diǎn)的標(biāo)記、文字標(biāo)注、長度測量、面積測量等； 圖像縮放：用于對圖像進(jìn)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(yùn)算與變換 圖像運(yùn)算與變換：用于對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平滑、降噪、線性過濾等操作（如圖12）； 多幅圖像分布：用于同時(shí)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(diào)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(jié)節(jié)分析系統(tǒng)軟件后，進(jìn)入登陸界面；輸入用戶名和密碼后便可正式進(jìn)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(nèi)病人信息顯示按鈕察看病人的相關(guān)信息；可通過菜單欄中版本按鈕查看本軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的相關(guān)信息；通過菜單欄的工具欄，可以對圖像進(jìn)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(dāng)前圖像的幀數(shù)，而且可以直接輸入相應(yīng)幀數(shù)，選擇需要打開的圖像；醫(yī)生通過先驗(yàn)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(jié)節(jié)的示例圖，幫助醫(yī)生進(jìn)行判斷；當(dāng)選擇其中的一種肺結(jié)節(jié)類型后，界面將跳轉(zhuǎn)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(biāo)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(rèn)按鈕為不可操作狀態(tài)；當(dāng)點(diǎn)擊了確認(rèn)提取后，將跳轉(zhuǎn)到肺結(jié)節(jié)的分割界面；在肺結(jié)節(jié)分割界面中，可放大感興趣區(qū)域，通過菜單欄內(nèi)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(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，或者可以通過幫助文件的提示畫出；通過點(diǎn)擊圖像分割按鈕，可以將肺結(jié)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(jié)果展示（如圖18-21） 圖18 與血管粘連的肺結(jié)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(jié)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本軟件設(shè)計(jì)發(fā)明的目的是：根據(jù)SPN 影像特征，建立交互式肺結(jié)節(jié)分割方法，實(shí)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(zhǔn)確的肺結(jié)節(jié)定位與相關(guān)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(jié)節(jié)圖像進(jìn)行分割和容積測量，使用Visual Basic 語言實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 創(chuàng)新點(diǎn)：首次利用Visual Basic 語言開發(fā)困難肺結(jié)節(jié)圖像分割及體積測量。 技術(shù)關(guān)鍵：肺結(jié)節(jié)的密度值相對肺實(shí)質(zhì)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(jié)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(zhǔn)確分割。因此，精確地分割肺結(jié)節(jié)具有非常關(guān)鍵的重要意義，但又具有很大的難度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 交互式方法主要是通過用戶簡單的操作來幫助算法實(shí)現(xiàn)圖像分割的作用，是圖像處理技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，自20世紀(jì)70年代起一直受到人們的高度重視[11,12]，并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像分割研究上[13-15]。交互式分割算法是從復(fù)雜背景中提取感興趣目標(biāo)的交互式圖像分割算法，其分割準(zhǔn)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(shí)使用了大量的先驗(yàn)醫(yī)學(xué)知識，所以人機(jī)交互的分割方法可以實(shí)現(xiàn)更好的SPN分割效果。項(xiàng)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(yīng)用在醫(yī)學(xué)，足跡檢驗(yàn)等相關(guān)醫(yī)學(xué)圖像分析應(yīng)用中[17-19]。結(jié)合診斷臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)知識以及交互式算法研究的前期工作對SPN進(jìn)行分割研究，已取得了階段性的進(jìn)展。本項(xiàng)目將交互式分割算法作為SPN分割主要技術(shù)路線；對SPN進(jìn)行分割、檢測、容積測量等一系列圖像處理、分析研究及其應(yīng)用。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本軟件的設(shè)計(jì)，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(diǎn)，分割出更加精確的肺結(jié)節(jié)邊界，獲取更為準(zhǔn)確的肺結(jié)節(jié)定位與相關(guān)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(shè)計(jì)理念定位于肺結(jié)節(jié)與周圍組織粘連分割不精確的熱點(diǎn)問題，瞄準(zhǔn)國際交互式分割算法研究的前沿，期望促進(jìn)肺結(jié)節(jié)分割算法的基礎(chǔ)研究，在應(yīng)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(xué)依據(jù)。 本軟件設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)在于使用Visual Basic這種簡單的程序語言來實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)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(shí)現(xiàn)很好的連接與實(shí)現(xiàn)。 我們立足于促進(jìn)肺結(jié)節(jié)分割算法的基礎(chǔ)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(xué)依據(jù)。其次友好的界面設(shè)計(jì)能使操作的醫(yī)生快速掌握使用技巧，發(fā)揮其強(qiáng)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(jì)算機(jī)輔助診斷（Computer-Aided Diagnosis, CAD）軟件已能對肺結(jié)節(jié)的分割和三維重建。在此基礎(chǔ)上研發(fā)的結(jié)節(jié)容積定量和倍增時(shí)間預(yù)測技術(shù)，甚至對較小的SPN的診斷與鑒別診斷都顯示出臨床應(yīng)用前景。這些進(jìn)展表明，先進(jìn)的MSCT具有對SPN進(jìn)行自動識別、分析并鑒別其良、惡性的潛力。但現(xiàn)有技術(shù)仍存在著明顯的不足：首先軟件分割結(jié)節(jié)是全自動的，掃描參數(shù)一致，分割閾值固定，但肺結(jié)節(jié)的容積測量還會受結(jié)節(jié)大小、呼吸及心動周期所致的運(yùn)動偽影、結(jié)節(jié)類型等因素的影響，使計(jì)算機(jī)輔助診斷軟件不能準(zhǔn)確得到肺結(jié)節(jié)的實(shí)際容積。肺結(jié)節(jié)的密度值相對肺實(shí)質(zhì)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(jié)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(zhǔn)確分割。因此，精確地分割肺結(jié)節(jié) 具有非常關(guān)鍵的重要意義，但又具有很大的難度。 目前醫(yī)生對候選結(jié)節(jié)進(jìn)行分析研究時(shí)，往往存在的以下問題：①與胸壁相連的結(jié)節(jié)。這種結(jié)節(jié)往往和胸壁連接緊密，當(dāng)前醫(yī)生工作站中的圖像分析軟件無法對其進(jìn)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(jié)節(jié)的輪廓中，得不到準(zhǔn)確的結(jié)節(jié)容體測量數(shù)據(jù)。②與血管、支氣管相連的結(jié)節(jié)。這種結(jié)節(jié)在臨床應(yīng)用中常見，由于血管、支氣管與結(jié)節(jié)相連部分影像的特征與結(jié)節(jié)相似，在工作站中對其進(jìn)行分割和三維重建時(shí)將血管、支氣管的體積也算在結(jié)節(jié)容積中，增加了肺結(jié)節(jié)的容量，混淆肺結(jié)節(jié)檢測。③磨玻璃狀（Ground-Glass Opacity，GGO）結(jié)節(jié)或不規(guī)則的結(jié)節(jié)。該類結(jié)節(jié)的影像特征不明顯，在工作站進(jìn)行分割時(shí)結(jié)節(jié)內(nèi)部被分割開，無法獲得結(jié)節(jié)的正確容積測量數(shù)據(jù)。上述三種類型結(jié)節(jié)的分割成為目前國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。 本軟件利用交互式分割方法對肺結(jié)節(jié)進(jìn)行分割，利用分割的數(shù)據(jù)進(jìn)行體積測量，該研究定位于肺結(jié)節(jié)與周圍組織相連分割不精確的熱點(diǎn)問題，瞄準(zhǔn)國際交互式分割算法研究的前沿，期望促進(jìn)肺結(jié)節(jié)分割算法的基礎(chǔ)研究，在應(yīng)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(xué)依據(jù)。
