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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于彈性配準(zhǔn)的交互式醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)注系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目需求來自中山大學(xué)腫瘤防治中心，針對醫(yī)院鼻咽癌調(diào)強(qiáng)放療新技術(shù)，利用圖像配準(zhǔn)、增強(qiáng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)三維醫(yī)學(xué)圖像的交互式分割、配準(zhǔn)與標(biāo)注系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在臨床上輔助醫(yī)生進(jìn)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(biāo)注準(zhǔn)確率，幫助醫(yī)生拯救更多病人的生命。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展迅速，各種醫(yī)學(xué)影像得到了廣泛的應(yīng)用，一方面幫助醫(yī)生進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷，提高了疾病診斷的準(zhǔn)確率；另一方面，所產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)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(xué)影像技術(shù)的不斷普及，純手工的醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)注顯然已經(jīng)無法應(yīng)對呈幾何級數(shù)增長的醫(yī)學(xué)圖像。病人每次進(jìn)行掃描之后，都會產(chǎn)生大量的切片圖像，醫(yī)生必須檢閱這些圖像，對其進(jìn)行標(biāo)注，進(jìn)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(fù)的標(biāo)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(cuò)誤。 中山大學(xué)腫瘤防治中心是國內(nèi)規(guī)模最大、學(xué)術(shù)力量最雄厚的腫瘤學(xué)醫(yī)教研基地之一，是亞洲最大的放療中心，在進(jìn)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(jìn)行分割和標(biāo)注，而先進(jìn)的醫(yī)學(xué)儀器也無法減輕指數(shù)級的工作量，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確率的自動(dòng)標(biāo)注，因此，中山大學(xué)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(biāo)注準(zhǔn)確率的解決方案。 為了對醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)注有直觀的了解，我們來到中山大學(xué)腫瘤防治中心進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研過程中我們了解到了醫(yī)生對腫瘤患者進(jìn)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(jìn)行分割與標(biāo)注，從而對病人進(jìn)行放療和化療。由此可見，在治療過程中分割與標(biāo)注的準(zhǔn)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(xué)圖像標(biāo)注問題中遇到的問題迫在眉睫。 通過進(jìn)行一系列的調(diào)研和對醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)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(dòng)分割出器官或可疑的腫瘤 2) 能夠在放療后的圖像中自動(dòng)找出放療前圖像中所標(biāo)注的區(qū)域，自動(dòng)映射標(biāo)注線。 3) 醫(yī)生能夠結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對自動(dòng)標(biāo)注進(jìn)行交互式修改 4) 對醫(yī)學(xué)圖譜進(jìn)行三維重建，實(shí)現(xiàn)三維模式下的交互式操作 5) 采用圖像增強(qiáng)的方式，對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分層顯示等操作，增大圖像可讀性。 6) 能夠切實(shí)解決中山大學(xué)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(biāo)注準(zhǔn)確度，改善治療效果。 根據(jù)開發(fā)目的，我們利用圖像配準(zhǔn)、增強(qiáng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)三維醫(yī)學(xué)圖像的交互式分割、配準(zhǔn)與標(biāo)注系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：導(dǎo)入圖像、圖像查看與編輯、三維重建、圖像增強(qiáng)、人工標(biāo)注、交互式分割、交互式配準(zhǔn)、交互式標(biāo)注和導(dǎo)出圖像。系統(tǒng)推廣后能夠在臨床上輔助醫(yī)生進(jìn)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(biāo)注準(zhǔn)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1．基本思路 我們在中山大學(xué)腫瘤防治中心調(diào)研了解到醫(yī)生對腫瘤患者進(jìn)行放療和化療的過程中，需要多次對靶區(qū)進(jìn)行分割與標(biāo)注，從而對病人進(jìn)行放療和化療。由此可見，在治療過程中分割與標(biāo)注的準(zhǔn)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(dòng)分割出器官或可疑的腫瘤 2)在放療后的圖像中自動(dòng)找出放療前圖像中所標(biāo)注的區(qū)域，自動(dòng)映射標(biāo)注線。 3)醫(yī)生能結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對自動(dòng)標(biāo)注進(jìn)行交互式修改 4)對醫(yī)學(xué)圖譜進(jìn)行三維重建，實(shí)現(xiàn)三維模式下的交互式操作 5)采用圖像增強(qiáng)的方式，對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分層顯示等操作，增大圖像可讀性。 6)切實(shí)解決中山大學(xué)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(biāo)注準(zhǔn)確度，改善治療效果。 3. 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 1)醫(yī)學(xué)圖像彈性配準(zhǔn)技術(shù) A.多模態(tài)配準(zhǔn) B.單模態(tài)配準(zhǔn) C.圖譜配準(zhǔn) 2)醫(yī)學(xué)圖像三維重建與可視化技術(shù) A. 面繪制技術(shù) B. 體繪制技術(shù) 3)醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)技術(shù) A.高動(dòng)態(tài)顯示技術(shù) B.高動(dòng)態(tài)圖像分層顯示 C.高動(dòng)態(tài)圖像局部的分層顯示 D.高動(dòng)態(tài)圖像等距及非等距量化顯示 4. 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn) 1）建立了鼻咽癌CT圖譜數(shù)據(jù)庫，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)信息，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)分割和標(biāo)注 2）利用彈性配準(zhǔn)技術(shù)對病灶進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)了交互式標(biāo)注，提高工作效率 3）建立了彈性配準(zhǔn)的評價(jià)框架，為今后的工作提供驗(yàn)證平臺 4）醫(yī)學(xué)圖譜三維重建，實(shí)現(xiàn)可視化操作 5) 醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)，使圖像更多細(xì)節(jié)信息提高可見度
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 本項(xiàng)目采用C++程序語言編寫，易于開發(fā)，且程序模塊化，要點(diǎn)清晰，易于移植，執(zhí)行效率高。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的針對醫(yī)學(xué)圖像的單模態(tài)彈性配準(zhǔn)技術(shù)在國內(nèi)仍屬先例。此技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像上的應(yīng)用，能夠加快醫(yī)生標(biāo)注圖像的速度，同時(shí)免去醫(yī)生大量重復(fù)性的工作，提高醫(yī)生閱片和診斷的效率。醫(yī)學(xué)圖譜的三維重建技術(shù)，通過將CT圖像進(jìn)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(zhǔn)確地進(jìn)行治療，解決以往的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)不直觀、不準(zhǔn)確等問題。 2.實(shí)用價(jià)值 系統(tǒng)可直接應(yīng)用于臨床診斷，在醫(yī)生臨床閱片及標(biāo)注時(shí)提供實(shí)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(zhǔn)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(xué)圖像彈性配準(zhǔn)屬國內(nèi)先例 2)醫(yī)學(xué)圖譜三維重建顯示、操作更直觀 3)交互式標(biāo)注優(yōu)化醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)注過程和結(jié)果 4)醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)，使圖像更多細(xì)節(jié)信息提高可見度 5)操作界面友好避免操作錯(cuò)誤影響進(jìn)度 6)異?；謴?fù)機(jī)制防備異常中斷造成數(shù)據(jù)丟失
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010-10 中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目 2010-12 國家創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目 2011-1 “挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品大賽中山大學(xué)校賽二等獎(jiǎng) 2011-5 “挑戰(zhàn)杯”打?qū)W生課外學(xué)術(shù)科技作品大賽廣東省賽三等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品 磁盤 現(xiàn)場演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 本系統(tǒng)針對醫(yī)學(xué)圖像的單模態(tài)彈性配準(zhǔn)技術(shù)在國內(nèi)仍屬先例。此技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像上的應(yīng)用能夠加快醫(yī)生標(biāo)注圖像的速度，同時(shí)免去醫(yī)生大量重復(fù)性工作，提高醫(yī)生閱片和診斷效率。醫(yī)學(xué)圖譜的三維重建技術(shù)使醫(yī)生更加直觀地看到病人病變情況，更準(zhǔn)確地進(jìn)行治療，解決以往醫(yī)學(xué)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(shí)際需求為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確而高效地分析、配準(zhǔn)和標(biāo)注能夠確實(shí)解決醫(yī)生在標(biāo)注過程中遇到的工作量大、準(zhǔn)確率低等問題。 C.系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，可直接用于臨床診斷中，切實(shí)解決醫(yī)生在工作中實(shí)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(shí)及時(shí)彈出信息以提醒用戶進(jìn)行正確的操作，排除異常操作帶來的不便，充分實(shí)現(xiàn)功能健壯性。 3.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 本系統(tǒng)為醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，推廣至各大醫(yī)學(xué)圖像研究基地、醫(yī)療中心使用，輔助醫(yī)生進(jìn)行分析、配準(zhǔn)、標(biāo)注醫(yī)學(xué)圖像。系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，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(zhǔn)技術(shù)研究 圖像配準(zhǔn)可以分為剛性配準(zhǔn)和彈性配準(zhǔn)兩大類：待配準(zhǔn)的兩幅圖像中，如果一幅圖像的直線仍然對應(yīng)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(xì)分為相似性變換、仿射變換、投影變換，對這兩幅圖像的配準(zhǔn)稱為剛性配準(zhǔn)；而如果一幅圖像中存在著直線對應(yīng)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(yīng)的配準(zhǔn)叫做彈性配準(zhǔn)。 剛性配準(zhǔn)技術(shù)的研究目前已經(jīng)相對成熟，而彈性配準(zhǔn)方法也在某些方面得到了一定的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域中，國內(nèi)還未出現(xiàn)使用彈性配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行圖像配準(zhǔn)的系統(tǒng)，而對于本項(xiàng)目所研究的醫(yī)學(xué)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(yīng)該采用彈性配準(zhǔn)算法，而剛性配準(zhǔn)我們將會用于作兩幅圖像的預(yù)處理，達(dá)到加快彈性配準(zhǔn)的目的。 目前已有的彈性配準(zhǔn)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(kuò)散模型等等，其中擴(kuò)散模型被應(yīng)用于單模態(tài)彈性配準(zhǔn)中。 2. 交互式標(biāo)注的研究 在目前已有的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)中，還未實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)后自動(dòng)標(biāo)注功能，醫(yī)生在對醫(yī)學(xué)圖像中的腫瘤、靶區(qū)和器官等標(biāo)注時(shí)，仍需人工進(jìn)行重復(fù)性的操作，不僅工作量大，標(biāo)注的準(zhǔn)確率也不高。本項(xiàng)目研究的基于彈性配準(zhǔn)的交互式標(biāo)注，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)彈性配準(zhǔn)下的自動(dòng)標(biāo)注，另一方面也允許醫(yī)生對標(biāo)注線進(jìn)行交互式的調(diào)整。 3．三維重建技術(shù)研究 目前國內(nèi)已有三維重建技術(shù)的研究基礎(chǔ)，但將三維重建技術(shù)整合到醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)還未實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目基于鼻咽癌CT圖譜庫進(jìn)行三維重建，將三維重建應(yīng)用到醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)中，同時(shí)對重建出的三維模型進(jìn)行已有的系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)更直觀，更準(zhǔn)確的醫(yī)學(xué)圖像處理。 4. 圖像增強(qiáng)技術(shù)研究 在圖像處理領(lǐng)域中，圖像增強(qiáng)技術(shù)的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟。對于高動(dòng)態(tài)顯示，也有完整的理論支持。但經(jīng)過調(diào)查和使用，國內(nèi)外開源醫(yī)學(xué)圖像的軟件，目前均無高動(dòng)態(tài)圖的顯示功能。本項(xiàng)目將圖像領(lǐng)域中高動(dòng)態(tài)圖像應(yīng)用到了醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中。
