基本信息
- 項目名稱：
- 基于彈性配準的交互式醫(yī)學圖像標注系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目需求來自中山大學腫瘤防治中心，針對醫(yī)院鼻咽癌調強放療新技術，利用圖像配準、增強等技術，實現(xiàn)了一個三維醫(yī)學圖像的交互式分割、配準與標注系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在臨床上輔助醫(yī)生進行閱片和診斷，幫助醫(yī)生減輕工作量，提高工作效率，提高標注準確率，幫助醫(yī)生拯救更多病人的生命。
- 詳細介紹：
- 近年來，醫(yī)學成像技術發(fā)展迅速，各種醫(yī)學影像得到了廣泛的應用，一方面幫助醫(yī)生進行醫(yī)學診斷，提高了疾病診斷的準確率；另一方面，所產生的醫(yī)學圖像數(shù)量也在大幅度增長，給醫(yī)生的工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。 隨著各種醫(yī)學影像技術的不斷普及，純手工的醫(yī)學圖像標注顯然已經(jīng)無法應對呈幾何級數(shù)增長的醫(yī)學圖像。病人每次進行掃描之后，都會產生大量的切片圖像，醫(yī)生必須檢閱這些圖像，對其進行標注，進而從切片圖像中直觀地獲取醫(yī)療信息、對比治療前后的病情。大量的重復的標注工作，不但需要大量人力，而且這種煩躁的人為工作，無法避免出現(xiàn)誤差甚至錯誤。 中山大學腫瘤防治中心是國內規(guī)模最大、學術力量最雄厚的腫瘤學醫(yī)教研基地之一，是亞洲最大的放療中心，在進行放療和化療的過程中，醫(yī)生需要多次對靶區(qū)和器官進行分割和標注，而先進的醫(yī)學儀器也無法減輕指數(shù)級的工作量，實現(xiàn)高準確率的自動標注，因此，中山大學腫瘤防治中心的醫(yī)生急切地希望我們能夠幫助他們找到一種既能減少醫(yī)生工作量，又能提高標注準確率的解決方案。 為了對醫(yī)學圖像標注有直觀的了解，我們來到中山大學腫瘤防治中心進行調研，調研過程中我們了解到了醫(yī)生對腫瘤患者進行放療和化療的過程，通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)，在治療過程中，醫(yī)生需要多次對靶區(qū)進行分割與標注，從而對病人進行放療和化療。由此可見，在治療過程中分割與標注的準確度直接影響治療效果，從而影響著腫瘤患者的存活率，解決醫(yī)學圖像標注問題中遇到的問題迫在眉睫。 通過進行一系列的調研和對醫(yī)學圖像標注信息的研究，我們明確了系統(tǒng)的開發(fā)目的： 1) 能夠幫助醫(yī)生自動分割出器官或可疑的腫瘤 2) 能夠在放療后的圖像中自動找出放療前圖像中所標注的區(qū)域，自動映射標注線。 3) 醫(yī)生能夠結合經(jīng)驗對自動標注進行交互式修改 4) 對醫(yī)學圖譜進行三維重建，實現(xiàn)三維模式下的交互式操作 5) 采用圖像增強的方式，對醫(yī)學圖像進行分層顯示等操作，增大圖像可讀性。 6) 能夠切實解決中山大學附屬腫瘤防治中心醫(yī)生亟待解決的問題，減少工作量，提高分割與標注準確度，改善治療效果。 根據(jù)開發(fā)目的，我們利用圖像配準、增強等技術，實現(xiàn)了一個三維醫(yī)學圖像的交互式分割、配準與標注系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：導入圖像、圖像查看與編輯、三維重建、圖像增強、人工標注、交互式分割、交互式配準、交互式標注和導出圖像。系統(tǒng)推廣后能夠在臨床上輔助醫(yī)生進行閱片和診斷，幫助醫(yī)生減輕工作量，提高工作效率，提高標注準確率，幫助醫(yī)生拯救更多病人的生命。
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
- 1．基本思路 我們在中山大學腫瘤防治中心調研了解到醫(yī)生對腫瘤患者進行放療和化療的過程中，需要多次對靶區(qū)進行分割與標注，從而對病人進行放療和化療。由此可見，在治療過程中分割與標注的準確度直接影響治療效果，從而影響著腫瘤患者的存活率。 2. 開發(fā)目的 1)幫助醫(yī)生自動分割出器官或可疑的腫瘤 2)在放療后的圖像中自動找出放療前圖像中所標注的區(qū)域，自動映射標注線。 3)醫(yī)生能結合經(jīng)驗對自動標注進行交互式修改 4)對醫(yī)學圖譜進行三維重建，實現(xiàn)三維模式下的交互式操作 5)采用圖像增強的方式，對醫(yī)學圖像進行分層顯示等操作，增大圖像可讀性。 6)切實解決中山大學附屬腫瘤防治中心醫(yī)生亟待解決的問題，減少工作量，提高分割與標注準確度，改善治療效果。 3. 系統(tǒng)關鍵技術 1)醫(yī)學圖像彈性配準技術 A.多模態(tài)配準 B.單模態(tài)配準 C.圖譜配準 2)醫(yī)學圖像三維重建與可視化技術 A. 面繪制技術 B. 體繪制技術 3)醫(yī)學圖像增強技術 A.高動態(tài)顯示技術 B.高動態(tài)圖像分層顯示 C.高動態(tài)圖像局部的分層顯示 D.高動態(tài)圖像等距及非等距量化顯示 4. 項目創(chuàng)新點 1）建立了鼻咽癌CT圖譜數(shù)據(jù)庫，結合統(tǒng)計學信息，實現(xiàn)了自動分割和標注 2）利用彈性配準技術對病灶進行跟蹤，實現(xiàn)了交互式標注，提高工作效率 3）建立了彈性配準的評價框架，為今后的工作提供驗證平臺 4）醫(yī)學圖譜三維重建，實現(xiàn)可視化操作 5) 醫(yī)學圖像增強，使圖像更多細節(jié)信息提高可見度
科學性、先進性
- 1.技術特點和優(yōu)勢 本項目采用C++程序語言編寫，易于開發(fā)，且程序模塊化，要點清晰，易于移植，執(zhí)行效率高。 本系統(tǒng)實現(xiàn)的針對醫(yī)學圖像的單模態(tài)彈性配準技術在國內仍屬先例。此技術在醫(yī)學圖像上的應用，能夠加快醫(yī)生標注圖像的速度，同時免去醫(yī)生大量重復性的工作，提高醫(yī)生閱片和診斷的效率。醫(yī)學圖譜的三維重建技術，通過將CT圖像進行三維重建，使醫(yī)生更加直觀地看到病人病變器官和情況，更準確地進行治療，解決以往的醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)不直觀、不準確等問題。 2.實用價值 系統(tǒng)可直接應用于臨床診斷，在醫(yī)生臨床閱片及標注時提供實際幫助，一方面減輕醫(yī)生工作量，提高工作效率，另一方面，提高醫(yī)生閱片和診斷準確率，幫助醫(yī)生拯救更多病人的生命。 3.系統(tǒng)優(yōu)越性 1)醫(yī)學圖像彈性配準屬國內先例 2)醫(yī)學圖譜三維重建顯示、操作更直觀 3)交互式標注優(yōu)化醫(yī)學圖像標注過程和結果 4)醫(yī)學圖像增強，使圖像更多細節(jié)信息提高可見度 5)操作界面友好避免操作錯誤影響進度 6)異?；謴蜋C制防備異常中斷造成數(shù)據(jù)丟失
獲獎情況及鑒定結果
- 2010-10 中山大學實驗室開放基金項目 2010-12 國家創(chuàng)新性實驗計劃立項項目 2011-1 “挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品大賽中山大學校賽二等獎 2011-5 “挑戰(zhàn)杯”打學生課外學術科技作品大賽廣東省賽三等獎
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
- 實物、產品 磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 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
- 1.技術特點和優(yōu)勢 本系統(tǒng)針對醫(yī)學圖像的單模態(tài)彈性配準技術在國內仍屬先例。此技術在醫(yī)學圖像上的應用能夠加快醫(yī)生標注圖像的速度，同時免去醫(yī)生大量重復性工作，提高醫(yī)生閱片和診斷效率。醫(yī)學圖譜的三維重建技術使醫(yī)生更加直觀地看到病人病變情況，更準確地進行治療，解決以往醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)的各種問題。 2.范圍和前景 A.使用范圍廣泛，算法具有通用性 B.以醫(yī)生的實際需求為基礎設計，準確而高效地分析、配準和標注能夠確實解決醫(yī)生在標注過程中遇到的工作量大、準確率低等問題。 C.系統(tǒng)實用性強，可直接用于臨床診斷中，切實解決醫(yī)生在工作中實際遇到的問題。 D.充分考慮到了可遇的不確定因素，遇到異常情況時及時彈出信息以提醒用戶進行正確的操作，排除異常操作帶來的不便，充分實現(xiàn)功能健壯性。 3.市場分析和經(jīng)濟效益預測 本系統(tǒng)為醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)，推廣至各大醫(yī)學圖像研究基地、醫(yī)療中心使用，輔助醫(yī)生進行分析、配準、標注醫(yī)學圖像。系統(tǒng)實用性強，可直接用于臨床診斷，市場范圍廣，能普遍為有需求的醫(yī)院所使用。
同類課題研究水平概述
- 1.圖像配準技術研究 圖像配準可以分為剛性配準和彈性配準兩大類：待配準的兩幅圖像中，如果一幅圖像的直線仍然對應著另一幅圖像的直線，則這兩幅圖像之間的變換成為剛性變換，它又可以細分為相似性變換、仿射變換、投影變換，對這兩幅圖像的配準稱為剛性配準；而如果一幅圖像中存在著直線對應著另一幅圖像的曲線，即發(fā)生了不規(guī)則形變，則成為彈性變換，與之相對應的配準叫做彈性配準。 剛性配準技術的研究目前已經(jīng)相對成熟，而彈性配準方法也在某些方面得到了一定的應用。在醫(yī)學圖像處理領域中，國內還未出現(xiàn)使用彈性配準技術進行圖像配準的系統(tǒng)，而對于本項目所研究的醫(yī)學圖像問題，由于病人前后拍攝的圖像中，器官、腫瘤可能已經(jīng)發(fā)生了不規(guī)則變形，故應該采用彈性配準算法，而剛性配準我們將會用于作兩幅圖像的預處理，達到加快彈性配準的目的。 目前已有的彈性配準的算法很多，比較流行的有光流法、限元方法、基于引力的變形模型、擴散模型等等，其中擴散模型被應用于單模態(tài)彈性配準中。 2. 交互式標注的研究 在目前已有的醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)中，還未實現(xiàn)配準后自動標注功能，醫(yī)生在對醫(yī)學圖像中的腫瘤、靶區(qū)和器官等標注時，仍需人工進行重復性的操作，不僅工作量大，標注的準確率也不高。本項目研究的基于彈性配準的交互式標注，一方面能夠實現(xiàn)彈性配準下的自動標注，另一方面也允許醫(yī)生對標注線進行交互式的調整。 3．三維重建技術研究 目前國內已有三維重建技術的研究基礎，但將三維重建技術整合到醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)還未實現(xiàn)。本項目基于鼻咽癌CT圖譜庫進行三維重建，將三維重建應用到醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)中，同時對重建出的三維模型進行已有的系統(tǒng)功能，實現(xiàn)更直觀，更準確的醫(yī)學圖像處理。 4. 圖像增強技術研究 在圖像處理領域中，圖像增強技術的研究已經(jīng)相當成熟。對于高動態(tài)顯示，也有完整的理論支持。但經(jīng)過調查和使用，國內外開源醫(yī)學圖像的軟件，目前均無高動態(tài)圖的顯示功能。本項目將圖像領域中高動態(tài)圖像應用到了醫(yī)學系統(tǒng)中。
