[發(fā)明專利]一種基于CT影像的心臟二尖瓣頂點(diǎn)的自動(dòng)定位方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110274467.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113066111A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卓力;王宗浩;張輝;張菁;李曉光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33;G06T7/11;G06T7/00;G06N3/08;G06N3/04;A61B6/03;A61B6/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于CT影像的心臟二尖瓣頂點(diǎn)的自動(dòng)定位方法屬于醫(yī)學(xué)圖像解析領(lǐng)域。本發(fā)明首先基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)CT圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，以實(shí)現(xiàn)CT圖像關(guān)鍵特征提取與表達(dá)；然后，利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型針對(duì)基于智能體智能體的CT影像標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)心臟二尖瓣頂點(diǎn)位置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。本發(fā)明提出了一種最優(yōu)路徑的搜索策略，可以非常方便地在CT圖像中實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)定位心臟二尖瓣頂點(diǎn)的位置供醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷，同時(shí)隨著人工指定定位位置的變化，也具備一定的擴(kuò)展性，在醫(yī)學(xué)圖像解析上下文中有利地創(chuàng)建了機(jī)器圖像理解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明以心臟CT掃描圖像為研究對(duì)象，利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)建立定位模型，屬于醫(yī)學(xué)影像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)志點(diǎn)檢測(cè)僅限于學(xué)習(xí)外觀模型，并徹底掃描參數(shù)空間以找到最優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生次優(yōu)和無(wú)約束的解決方案。與外觀模型或傳統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)的搜索策略相關(guān)的任何其他元參數(shù)的特征計(jì)算和估計(jì)都是基于局部標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)定義的啟發(fā)式來(lái)執(zhí)行的，這導(dǎo)致了適用于高度專業(yè)化任務(wù)的特定搜索策略的嚴(yán)格應(yīng)用，而窮盡性搜索方案在準(zhǔn)確性要求和計(jì)算效率方面受到限制。

本發(fā)明用于解決傳統(tǒng)檢測(cè)算法在醫(yī)學(xué)圖像分析中的局限性，方法是同時(shí)通過(guò)智能只能智能體將待檢測(cè)對(duì)象的外觀建模和參數(shù)搜索策略作為統(tǒng)一的行為任務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化。傳統(tǒng)的心臟CT信息采集涉及多步方法，其中關(guān)鍵步驟是定位心臟二尖瓣位置。往常在定位心臟二尖瓣的頂點(diǎn)位置時(shí)需要幾個(gè)雙斜定位器來(lái)定位，并以此得到心臟的長(zhǎng)軸和短軸視圖，但是這種方法對(duì)操作人員技術(shù)水平要求很高，并且非常耗時(shí)。本發(fā)明通過(guò)深度學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)有效的層次特征提取，采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型優(yōu)化人工智能體的行為策略。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種具有魯棒性的解決方案，以促進(jìn)評(píng)估由各種不同的醫(yī)療成像設(shè)備獲得的圖像，同時(shí)實(shí)現(xiàn)小于一到兩個(gè)像素的平均檢測(cè)誤差。針對(duì)傳統(tǒng)的CT對(duì)心臟二尖瓣頂點(diǎn)的定位存在精度低和成本高等問(wèn)題，本專利提出的方法可直接用于心臟CT圖像檢測(cè)，通過(guò)深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)進(jìn)行圖像處理與計(jì)算機(jī)自主決策，將目標(biāo)點(diǎn)定位問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)目標(biāo)導(dǎo)向的人工智能體智能體的連續(xù)決策過(guò)程。在醫(yī)學(xué)圖像中導(dǎo)航到設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)。在每個(gè)時(shí)間序列中，智能體可以自主決定它要移動(dòng)的方向以找到定位的目標(biāo)位置，同時(shí)使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法來(lái)逼近這一序列決策過(guò)程的最優(yōu)解。

目前從CT圖像中提取的測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到較高水平，并使CT圖像成為左心室(LV)分析的標(biāo)準(zhǔn)。盡管心臟CT成像技術(shù)已經(jīng)迅速發(fā)展，在獲取心臟CT采集的短軸視圖方面，人工評(píng)估左室體積和質(zhì)量方面仍然具有較高的地位。例如要在一次憋氣中實(shí)現(xiàn)整個(gè)心臟的3D覆蓋，從而能夠準(zhǔn)確繪制心室壁厚度，需要計(jì)算機(jī)和操作者同時(shí)進(jìn)行判斷。因此，精確的心臟圖像進(jìn)行定量分析對(duì)于計(jì)算機(jī)算法精度和人工操作者的要求較高。將深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于該問(wèn)題的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，智能體能夠同時(shí)學(xué)習(xí)搜索策略和定位目標(biāo)作為統(tǒng)一的行為任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)，提出一種心臟二尖瓣CT圖像定位方法，可將其概括為一個(gè)計(jì)算機(jī)自主定位模型。

首先，利用基于SENet的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)CT圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，以實(shí)現(xiàn)CT圖像關(guān)鍵特征提取與表達(dá)；然后，利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型針對(duì)基于智能體智能體的CT影像標(biāo)志點(diǎn)定位框架，對(duì)心臟二尖瓣頂點(diǎn)位置進(jìn)行自動(dòng)定位。該方案據(jù)此提出了一種最優(yōu)路徑的搜索策略。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于CT影像的心臟二尖瓣頂點(diǎn)的定位方法，包括以下模塊：

(1)CT影像特征提取模塊。本模塊用于將采集到CT多模態(tài)心臟影像數(shù)據(jù)，配準(zhǔn)到同一空間，制作訓(xùn)練集、數(shù)據(jù)集，獲得一批分辨率為1.25×1.25×2(mm)的短軸心臟CT圖像；短軸心臟CT圖像提供了左右心室(左心室和右心室)的橫切面。在這些類型的圖像中，特定的標(biāo)志可以定義心臟的重要特征，如左心室中心(也稱為左心室基礎(chǔ)中央通路點(diǎn))、前心室插入點(diǎn)、后心室插入點(diǎn)和右心室極端點(diǎn)。準(zhǔn)確地識(shí)別其中的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)代表了建模上下文中的一個(gè)步驟。例如，可以利用右心室的插入點(diǎn)和極值點(diǎn)初始化三維分割模型，對(duì)右心室的形狀施加約束。