基于3D scSE-UNet的肝脏CT图像半监督学习分割方法

针对分割神经网络需要大量的高质量标签但较难获取的问题,提出基于3D scSE-UNet的半监督学习分割方法. 该方法使用自训练的半监督学习框架,将包含改进的并行空间/特征通道压缩和激励模块（scSE-block+）的3D scSE-UNet作为分割网络. scSE-block+可以从图像空间和特征通道2个方面自动学习图像的有效特征,抑制无用冗余特征,更好地保留图像边缘信息. 在自训练过程中加入全连接条件随机场,对分割网络产生的伪标签进行边缘细化,提升伪标签的精确度. 在LiTS17 Challenge和SLIVER07数据集上验证所提出方法的有效性. 当有标签图像占训练集总图像的30%时,所提方法的Dice相似系数(dice score)为0.941. 结果表明,所提出的半监督学习分割方法可以在仅使用少量标注数据的情况下,取得与全监督分割方法相当的分割效果,有效减轻肝脏CT图像分割对专家标注数据的依赖.     

基于机器学习的肺部CT图像非刚性配准误差预测方法

配准误差评估通常由人工完成,耗时费力;常用的Dice测度只关注组织边缘的配准误差,难以评估组织内部配准结果。针对以上问题,提出一种基于机器学习的肺部CT图像非刚性配准误差预测方法(PREML)。该方法首先构建形变场统计特征、形变场物理保真度特征和图像相似性特征三类特征,然后通过池化方法扩充特征数量,最后使用随机森林回归方法预测非刚性配准误差,并且使用自适应随机扰动方法模拟肺部配准误差空间分布,进一步提升形变场统计特征的配准误差表征能力。在三个肺部CT图像数据集上进行训练与测试,其配准误差预测结果与金标准之间的平均绝对差异为1.245±2.500 mm,预测性能优于基线方法。结果表明,PREML方法具有预测精度高、鲁棒性强的特点,可提升配准算法在临床应用的有效性和安全性。     

基于深度学习的肝脏CT-MR图像无监督配准

多模态配准是医学图像分析中的关键环节,在肝癌辅助诊断、图像引导的手术治疗中具有重要作用。针对传统的迭代式肝脏多模态配准计算量大、耗时长、配准精度低等问题,提出一种基于多尺度形变融合和双输入空间注意力的无监督深度学习配准算法。利用多尺度形变融合框架提取不同分辨率的图像特征,实现肝脏的逐阶配准,在提高配准精度的同时避免网络陷入局部最优。采用双输入空间注意力模块在编解码阶段融合不同水平的空间和文本信息提取图像间的差异特征,增强特征表达。引入基于邻域描述符的结构信息损失项进行网络迭代优化,不需要任何先验信息即可实现精确的无监督配准。在临床肝脏CT-MR数据集上的实验结果表明,与传统的Affine、Elastix、VoxelMorph等算法相比,该算法达到最优的DSC值和TRE值,分别为0.926 1±0.018 6和6.39±3.03 mm,其平均配准时间为0.35±0.018 s,相比Elastix算法提升了近380倍,能准确地提取特征及估计规则的形变场,具有较高的配准精度和较快的配准速度。     

SE-Mask-RCNN：多参数MRI前列腺癌分割方法

为了从多参数磁共振(mp-MRI)的前列腺区域中自动提取前列腺癌病灶区域,提出新的深度卷积神经网络模型SE-Mask-RCNN. 在特征图上搜索定位包含病灶的候选区域,基于候选区域实现病灶的精细分割.为了利用mp-MRI中的互补信息,通过2个并行卷积网络分别提取表观扩散系数(ADC)和T2加权(T2W)图像的特征图后进行融合,使用挤压与激励块自动提升融合特征图中的有效特征并抑制无效特征.在收集得到的140例数据上进行实验.结果表明,使用SE-Mask-RCNN得到前列腺癌病灶分割Dice系数为0.654,敏感度为0.695,特异度为0.970,阳性预测值为0.685.与U-net、V-net、Resnet50-U-net和Mask-RCNN等模型相比,SE-Mask-RCNN能够有效提升mp-MRI中前列腺癌病灶区域的分割精度.     

用于骨折闭合复位的计算机辅助导航方法

针对目前骨折闭合复位存在的操作难、精度低和辐射大等问题,基于术前电子计算机断层扫描(CT)图像和电磁定位技术提出了一种计算机辅助的骨折闭合复位导航方法.首先,对CT图像中的骨骼区域分割建模获取健侧骨、断骨近心端和远心端的3D模型,并使用迭代最近点(ICP)方法将断骨近心端模型与健侧骨镜像模型进行配准;其次,使用奇异值分解(SVD)方法统一磁定位空间和图像空间坐标系;最后,通过与断骨模型刚性连接的磁定位传感器实时追踪断骨模型的位姿信息,从而实现虚拟断骨模型和真实断骨模型的同步移动.模型骨反向模拟复位实验表明,使用本方法复位后的角度误差90分位数为1.14°,最大2.32°;距离误差90分位数为5.12 mm,最大7.45 mm.实验结果表明,该方法在减少辐射暴露和简化复位操作的同时有较好的复位精度.