[發明專利]基于語義遷移的多時相CT圖像肝腫瘤分割方法

有效

• 申請號: 202110102974.0
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112785605B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 李陽陽;徐珊珊;緱水平;童諾;劉豪鋒;劉波
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/00;G06N3/0464;G06N3/048;G06N3/08;G06N3/0455
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種基于語義遷移的多時相CT圖像肝腫瘤分割方法，主要解決現有技術中肝腫漏檢及肝腫瘤分割性能差的問題。其方案是：從所有病例中取按8：2比例分為訓練集和測試集；構建多時相肝腫瘤語義分割網絡M，使用訓練集中門靜脈期數據對其進行訓練，得到訓練好的門靜脈期肝腫瘤分割網絡V；對訓練好的網絡進行語義遷移，取訓練集中病例的動脈期和延遲期數據分別對語義遷移后的網絡進行微調，分別得到動脈期肝腫瘤分割網絡A和延遲期肝腫瘤分割網絡D的參數；利用各期肝腫瘤分割網絡參數，對測試集中各期圖像進行肝腫瘤分割。本發明能有效將增強CT多期圖像的肝腫瘤分割出來，提高了腫瘤分割性能，可用于增強CT醫學圖像的肝臟腫瘤分割。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，特別涉及一種多時相CT圖像中肝腫瘤的分割方法，可用于增強CT醫學圖像的肝腫瘤識別。

背景技術

肝癌是最常見的腫瘤疾病之一，計算機斷層掃描CT和磁共振圖像MRI中可見的病變是原發性和繼發性肝腫瘤疾病早期診斷的重要標志物。肝臟CT圖像中的腫瘤分割可用于評估病患的腫瘤負荷、計劃治療、預測和監測臨床反應，是肝癌患者診斷、治療和隨訪的關鍵步驟。目前，人工識別癌病變組織是一項困難且耗時的工作，精確可靠的自動分割方法可以提高臨床場景中的工作效率，減輕臨床醫生的工作量。

增強CT通過人體靜脈注入造影劑可清楚顯示病變的血供情況，在反映肝臟病理形態方面有優越表現，因此臨床上多采用增強CT技術獲得多時相圖像來檢測肝腫瘤。病患在靜脈注射造影劑后30秒左右拍攝動脈期圖像，此時肝實質強化不明顯，與肝腫瘤對比不明顯，腫瘤邊界不清晰；60-90秒左右拍攝門靜脈期圖像，此時肝實質呈最大強化，與肝腫瘤對比明顯，腫瘤邊界清晰；3-5分鐘左右拍攝延遲期圖像，此時肝實質強化明顯，與肝腫瘤對比較明顯，腫瘤邊界較清晰。不同類型的腫瘤表現不同，有些腫瘤如肝轉移瘤會在延遲期圖像呈現最清晰邊界。不同放射科醫生拍攝各期圖像的時間節點有差異，會導致腫瘤在門靜脈期圖像上邊界非最清晰。這些情況會對患者的肝腫瘤檢測效果產生不利影響。

在肝腫瘤分割中，目前常用的兩類分割方法是基于卷積神經網絡實現的，第一類僅利用門靜脈期圖像進行肝腫瘤分割網絡的訓練，第一類是將多期圖像堆疊后輸入分割網絡輔助門靜脈期圖像肝腫瘤分割網絡的訓練。這兩類方法均存在各自的不足，其中第一類方法會影響在其它期圖像中邊界最清晰的腫瘤的分割效果，且不同醫生拍攝各期圖像的起始時間不同，只分析門靜脈期圖像的分割結果容易發生腫瘤漏檢。第二種方法中各期圖像中器官及肝腫瘤發生形變，直接將多期圖像堆疊會給網絡訓練帶來難度，影響肝腫瘤分割效果。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于語義遷移的多時相CT圖像肝腫瘤分割方法，以對增強CT中各期圖像進行分割，減少肝腫瘤的漏檢，提高對肝腫瘤的分割性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

1)從收集到的所有病例中隨機取80％病例的增強CT圖像數據及其對應的肝腫瘤標簽作為訓練集，剩下的20％的病例數據作為測試集；

2)構建多時相肝腫瘤語義分割網絡M：

設計由6個編碼塊和為5個池化層交錯組成編碼器；

設計由5個解碼塊和5個上采樣層交錯組成解碼器；

將編碼器、解碼器與一個卷積層和一個激勵層依次級聯，得到多時相肝腫瘤語義分割網絡M；

3)用訓練集中含有肝腫瘤的門靜脈期圖像及其對應的肝腫瘤標簽對構建的分割網絡進行訓練，得到訓練好的門靜脈期肝腫瘤分割網絡V；

4)對訓練好的門靜脈期肝腫瘤分割網絡進行語義遷移，即將訓練好的門靜脈期肝腫瘤分割網絡中的編碼器參數凍結，得到語義遷移網絡T；

5)利用訓練集對語義遷移網絡T進行微調，得到訓練好的動脈期肝腫瘤分割網絡A的參數和延遲期肝腫瘤分割網絡D的參數：