[發(fā)明專利]利用機(jī)器訓(xùn)練的異常檢測的COPD分類

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010092805.9
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111563523A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐宙冰;S.查甘地;S.格比奇
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子醫(yī)療有限公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/46;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 黃濤;劉春元

對于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的COPD分類，機(jī)器學(xué)習(xí)用于學(xué)習(xí)對患者是否患有COPD進(jìn)行分類。圖像到圖像網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)指示各種或任何類型的COPD的空間特征。肺部功能測試可以用作訓(xùn)練所述特征和從空間特征的分類的基礎(chǔ)事實。由于肺部功能測試結(jié)果和對應(yīng)的CT掃描的可用性高，因此有很多訓(xùn)練樣本。然后，來自圖像到圖像網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)學(xué)習(xí)的特征的值用于創(chuàng)建COPD級別的空間分布，從而提供對區(qū)分COPD的類型有用的信息，而無需在訓(xùn)練中對COPD的空間分布的基礎(chǔ)事實注釋。

背景技術(shù)

本實施例涉及慢性阻塞性肺部疾病（COPD）分類。COPD是由于氣流不足導(dǎo)致的阻塞性肺疾病。COPD的兩個主要基礎(chǔ)原因是肺氣腫和氣道疾病。通常通過使用呼吸管的肺部功能測試來診斷COPD。功能性肺部測試的主要輸出是1秒內(nèi)的用力呼氣值（FEV1）和用力肺活量（FVC）。這些值基于人口分布被正則化，并計算GOLD分?jǐn)?shù)（COPD嚴(yán)重性分?jǐn)?shù)），其中GOLD 0：FEV1/FVC 0.7（無COPD）；GOLD1（COPD的輕度/風(fēng)險）：FEV1/FVC 0.7和FEV1 0.8；GOLD2（中度COPD）：FEV1/FVC 0.7和0.79 FEV1 0.5；GOLD3（中度-嚴(yán)重COPD）：FEV1/FVC 0.7和0.5 FEV1 0.3；以及GOLD 4（嚴(yán)重COPD）：FEV1/FVC 0.7和0.3 FEV1。肺部功能變化可歸因于幾種不同的狀況，諸如支氣管炎和哮喘，因此無法提供完整的診斷。

肺的計算機(jī)斷層攝影（CT）掃描用于確認(rèn)診斷。肺氣腫是肺組織的破壞，這在高分辨率CT掃描上可檢測到。肺氣腫的特征是在吸氣式CT掃描上低衰減（-950 亨氏(Hounsfield)單位）的總區(qū)域。氣道疾病的特征是支氣管壁增厚，這在高分辨率CT掃描上也可見。COPD的特征還在于CT掃描上可見的各種其他結(jié)構(gòu)變化，諸如脈管系統(tǒng)的變化。在CT上注釋這些多個結(jié)構(gòu)變化是耗時的且難以建立。通常，使用簡單的度量（諸如低衰減區(qū)域的百分比）來表征CT掃描。這些測量值足以檢測出嚴(yán)重的COPD，但卻漏掉對具有不十分明顯的CT特性的輕度和中度情況的檢測。

成像生物標(biāo)記物用于在預(yù)后預(yù)測和治療管理中識別COPD。CT上可見的結(jié)構(gòu)變化與COPD的預(yù)后因素和癥狀相關(guān)。研究示出了這些成像生物標(biāo)記物的相關(guān)性，但未展現(xiàn)其預(yù)測能力。自動檢測聚焦于通過使用CT掃描中的基于紋理的特征來識別肺氣腫和對肺氣腫類型進(jìn)行分類。肺氣腫僅占COPD的一部分。在機(jī)器學(xué)習(xí)方法中，吸氣和呼氣之間的相對差異可以用于識別受肺氣腫、氣道疾病或這兩者影響的肺區(qū)域。但是，由于在CT掃描中區(qū)分COPD類型的注釋數(shù)據(jù)集數(shù)量有限，因此準(zhǔn)確識別或甚至對指導(dǎo)識別有用的信息都難以捉摸。

發(fā)明內(nèi)容

作為介紹，以下描述的優(yōu)選實施例包括用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的COPD分類的方法、計算機(jī)可讀介質(zhì)和系統(tǒng)。機(jī)器學(xué)習(xí)用于學(xué)習(xí)對患者是否患有COPD進(jìn)行分類。圖像到圖像網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)指示各種或任何類型的COPD的空間特征。肺部功能測試可以用作訓(xùn)練特征和根據(jù)空間特征分類的基礎(chǔ)事實（ground truth）。由于肺部功能測試結(jié)果和對應(yīng)的CT掃描的可用性很高，因此有很多訓(xùn)練樣本。然后，來自圖像到圖像網(wǎng)絡(luò)的已學(xué)習(xí)特征的值用于創(chuàng)建COPD級別的空間分布，從而提供有用的信息用于區(qū)分COPD類型，而無需在訓(xùn)練中對COPD的空間分布進(jìn)行基礎(chǔ)事實注釋。

在第一方面，提供了一種用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中的COPD分類的方法。醫(yī)學(xué)掃描儀掃描患者的肺。所述掃描提供第一成像數(shù)據(jù)，第一成像數(shù)據(jù)表示患者的肺的多維區(qū)域。成像數(shù)據(jù)是要用于成像的掃描數(shù)據(jù)或被格式化用于顯示的數(shù)據(jù)。圖像處理器將機(jī)器學(xué)習(xí)的生成網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于第一成像數(shù)據(jù)。機(jī)器學(xué)習(xí)的生成網(wǎng)絡(luò)已被訓(xùn)練為輸出COPD分類。根據(jù)來自機(jī)器學(xué)習(xí)的生成網(wǎng)絡(luò)的特征的值生成激活映射。激活映射按照多維區(qū)域內(nèi)的位置表示COPD的級別。在顯示器上輸出來自激活映射的圖像。

在一個實施例中，CT系統(tǒng)掃描三維區(qū)域，并且激活映射是三維映射。所述圖像可以作為激活映射的二維表示被輸出。