基于图像语义特征提取的角膜神经扭曲度智能评估方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61906181
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0607.知识表示与处理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It has been proven in clinical research that the tortuosity of corneal nerve is associated with a variety of diseases and can assist screening and diagnosis of them. The manual assessment of tortuosity is subjective and inefficient. Sometimes, the assessment results of different doctors are inconsistent, which increases the difficulty of discovering relevant knowledge. This project extracts semantic features based on supervised learning from confocal microscope corneal nerve image with expert annotations, and establishes an automated tortuosity assessment model based on rule-learning. The main research contents include: the reliability-based annotation fusion method is proposed for training set enhancement; On the basis of the segmentation of neural fiber and the reconstruction of their topology, a medical image semantic feature extraction methods based on ordered weighted average and pre-aggregation functions are proposed; With exploiting the interpretability of rule-based models, the tortuosity assessment system based on fuzzy rule system and its hybrid model with deep neural network are constructed. Quantitative and qualitative analysis are employed to evaluate the accuracy and interpretability of the proposed system, respectively. It is expected that the research outputs of this project will improve the efficiency and intelligence of corneal nerve tortuosity assessment, support the diagnosis of related diseases, and provide new ideas and methods for medical image processing.
临床研究证明角膜神经的扭曲度变化与多种疾病相关,可为多种疾病的筛查和诊疗提供依据。人工扭曲度等级评估具有主观性强和效率低等缺点,不同医生的评估结果常常会不一致,增加了相关知识发现的难度。本项目拟针对共焦显微镜角膜神经图像的专家标注数据,研究基于监督学习的语义特征提取方法,并建立基于规则学习的自动扭曲度评估分类模型。主要研究内容包括:针对专家评估结果不一致的问题,提出基于可信度的标注融合方法用于训练集增强;在神经纤维分割和拓扑结构建立的基础上,提出基于有序加权平均和预聚合函数的医学图像语义特征提取方法;结合规则模型良好的可解释性,构建基于模糊规则模型及其与深度神经网络混合模型的扭曲度评估系统;分别采用定量和定性的方法对模型的精度及其可解释性进行评价。预期项目研究成果将提高角膜神经扭曲度评估的效率和智能化程度,为相关疾病的辅助诊断提供支持,为医学影像处理提供新研究思路。

结项摘要

临床研究证明角膜神经的扭曲度变化与多种疾病相关,可为多种疾病的筛查和诊疗提供依据。人工扭曲度等级评估具有主观性强和效率低等缺点,不同医生的评估结果常常会不一致,增加了相关知识发现的难度。本项目基于活体共焦显微镜角膜神经图像,针对神经扭曲度自动评估中的关键问题开展了研究,主要研究成果包括:1)实现了角膜神经图像数据采集、标注和图像增强,提出了一种基于模糊积分的多个深度学习模型集成框架,对重复标注数据中每个标注者进行建模,之后通过基于神经网络结构实现的Choquet积分来集成多个标注者的分割结果。2)提出了多种医学图像中线状结构的分割方法,并提出了基于优势集的线状结构拓扑重建方法。3)提出了一种不依赖于分割结果的角膜神经图像扭曲度计算方法,并分析了从分支级扭曲度到图像级扭曲度的映射,提出了基于聚合函数的图像级扭曲度特征提取方法,实现了扭曲度语义特征的提取和选择。4)提出了一种通过密度聚类构造模糊语义变量的无监督扭曲度自动评估方法,以及一种全自动深度学习方法用于角膜神经的图像级扭曲度分级,利用可解释性原则进一步提高分级精度。除此之外,还提出一种基于模糊规则的智能系统,通过数据学习获得准确和可解释的模糊规则库来支持临床决策。本项目研究成果提高了角膜神经扭曲度评估的效率和智能化程度,为相关疾病的辅助诊断提供支持,为医学影像处理提供新研究思路。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(2)
Unsupervised domain adaptation via re-weighted transfer subspace learning with inter-class sparsity
通过具有类间稀疏性的重新加权转移子空间学习实现无监督域适应
  • DOI:
    10.1016/j.knosys.2023.110277
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Knowledge-Based Systems
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Liran Yang;Bin Lu;Qinghua Zhou;Pan Su
  • 通讯作者:
    Pan Su
Corneal nerve tortuosity grading via ordered weighted averaging‐based feature extraction
通过基于有序加权平均的特征提取进行角膜神经扭曲度分级
  • DOI:
    10.1002/mp.14431
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Medical Physics
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Pan Su;Tianhua Chen;Jianyang Xie;Yalin Zheng;Hong Qi;Davide Borroni;Yitian Zhao;Jiang Liu
  • 通讯作者:
    Jiang Liu
Quantification of Increased Corneal Subbasal Nerve Tortuosity in Dry Eye Disease and Its Correlation With Clinical Parameters
干眼病中角膜基底神经扭曲度增加的量化及其与临床参数的相关性
  • DOI:
    10.1167/tvst.10.6.26
  • 发表时间:
    2021-05-03
  • 期刊:
    Translational Vision Science & Technology
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Ma B;Xie J;Yang T;Su P;Liu R;Sun T;Zhou Y;Wang H;Feng X;Ma S;Zhao Y;Qi H
  • 通讯作者:
    Qi H
A Decision Tree-Initialised Neuro-fuzzy Approach for Clinical Decision Support
用于临床决策支持的决策树初始化神经模糊方法
  • DOI:
    10.1016/j.artmed.2020.101986
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN MEDICINE
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Tianhua;Shang Changjing;Su Pan;Keravnou-Papailiou Elpida;Zhao Yitian;Antoniou Grigoris;Shen Qiang
  • 通讯作者:
    Shen Qiang
DeepGrading: Deep Learning Grading of Corneal Nerve Tortuosity
DeepGrading:角膜神经弯曲度的深度学习分级
  • DOI:
    10.1109/tmi.2022.3156906
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Medical Imaging
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Lei Mou;Hong Qi;Yonghuai Liu;Yalin Zheng;Peter Matthew;Pan Su;Jiang Liu;Jiong Zhang;Yitian Zhao
  • 通讯作者:
    Yitian Zhao

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其他文献

机械振动耦合反馈延时控制系统特性研究
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2017.18.026
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘树勇;位秀雷;方煊;王基;苏攀
  • 通讯作者:
    苏攀
弹簧-电磁力准零刚度隔振器研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    海军工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏攀;吴杰长;刘树勇;方远
  • 通讯作者:
    方远
双线圈轴向压缩式管件电磁胀形电磁力分布规律与管件成形性能研究
  • DOI:
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  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    邱立;杨新森;常鹏;熊奇;苏攀
  • 通讯作者:
    苏攀
基于不平衡学习的分类器博弈模型及其在中国象棋中的应用
  • DOI:
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    --
  • 期刊:
    计算机研究与发展
  • 影响因子:
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  • 作者:
    苏攀;王熙照;李艳
  • 通讯作者:
    李艳
管件电磁胀形过程中的材料变形性能问题与电磁力加载方案研究
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.180078
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    邱立;余一杰;聂小鹏;杨雨琪;苏攀
  • 通讯作者:
    苏攀

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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