基于影像定量分析和特征可视化的虚拟内窥镜关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81230035
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    280.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2708.医学图像数据处理、分析与可视化
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Virtual endoscopy (VE) has many advantages over the existing screening options and shows potential as a valuable noninvasive diagnosis tool. There are several challenges remaining for VE to become a diagnosis and/or screening option, such as the concern on associated radiation, low sensitivty on the detection of small polyps and flat lesions, large variation on image intepretation and intepretation efficiency, and limited morphological information of inner surface used for diagnosis. These drawbacks should be addressed before it could become a valuable screening modality. In this study, based on the establishemnt of new VE framework, we aims to develop common key technologies for CT-based virtual colonoscopy, MRI-based virtual cystoscopy and ehanced CT-based virtual intravascular endoscopy. With the establishment of patients' image database, fully-automated image segmentation mitigating the partial volume effect will be developed to extract inner and outer boundaries of hollow organs. Based on the extracted organ wall, geometrical and textural features that demosntrate significant defference between cancerous tissue and normal wall tissue could be extracted and analyzed to detect early sign of abnormalities by either three-dimensional endoscopic views (human observer) or computer-aided detection (computer observer). In addition, Further improvement on computer-aided diagnosis will be expected for the detection of bladder cancer and its invasion, for polyps types, and for component and risk ananlysis of vulnerable plaques based on extracted morphological and texture information. and classified for accurate identification of suspicious patches in the mucosa layer. With the proposed new VE framework and key technologies, the performance of VE systems will be greatly improved, accompanying with simplified procedure for patient preparation and reduced interaction time, for non-invasive detection and screening of high-risk population.
作为前景可观的管腔内部肿瘤/病变检查方法,基于影像的虚拟内窥镜技术(VE)近年来得到快速发展并已在临床得到应用,但要成为临床的有效诊断手段,还面临着辐射量较大、小息肉及平坦型病变的敏感度低、医生对图像的解释诊断结果差异大/效率低、用于诊断的信息不足等问题和挑战。本项目通过建立VE系统的新框架,将可视化形态学信息与影像数据分析相结合,选取VE极富前景的临床应用领域,以虚拟结肠镜、虚拟膀胱镜、虚拟血管内窥镜为研究对象,基于CT和MRI影像数据,对虚拟内窥镜的共性关键技术,包括基于成像模型的数据优化、管腔内/外壁分割方法、基于形态及纹理特征的计算机辅助检测和诊断技术、基于特征的可视化技术等,进行深入研究,以提高VE系统对小息肉及平坦型病变的检测能力,实现肿瘤浸润深度、息肉/肿瘤分型、斑块成分的计算机辅助分析和诊断,从而极大提高VE系统的检测性能,促进VE成为腔内肿瘤及心血管疾病的有效诊断手段。

结项摘要

作为前景可观的管腔内部病变检查方法,基于影像的虚拟内窥镜技术(VE)近年来得到快速发展并已在临床得到应用,但要成为有效的临床筛查手段,VE还面临着辐射量较大、小息肉及平坦型病变的敏感度低、医生对图像的解释诊断结果差异大/效率低、用于诊断的信息不足等问题和挑战。本项目通过建立新型VE系统框架,将可视化形态学信息与影像数据分析相结合,选取VE 极富前景的临床应用领域,以虚拟结肠镜、虚拟膀胱镜、虚拟血管内窥镜为研究对象,利用相应管腔器官的CT/MRI 影像数据,对虚拟内窥镜的共性关键技术开展研究,以提高VE 系统的检测性能。项目在构建规范的虚拟内窥镜影像数据库的基础上,针对 CT成像存在的辐射剂量与图像质量间的矛盾,以及MRI成像存在的运动及噪声等伪迹,提出了系列基于成像模型的新型重建框架、数据优化算法及伪影校正方法,实现了基于低剂量CT成像的虚拟内窥镜,可使辐射剂量降低70%,并有效提高了胸腹部MRI成像质量。为提高系统对小息肉/平坦病变的检测能力,项目将整个腔壁作为研究对象,提出了多种膀胱、结肠与血管内外壁的准确分割算法,并创新提出可用于不同成像模态的管腔内外壁通用分割框架;利用获得的完整腔壁及表征病灶变化的影像特征,提出了基于腔壁特征差异的腔内病灶自动检测方案,提高系统对小息肉/平坦型病变、膀胱赘生物和血管斑块的检测性能。在此基础上,项目进一步将新型虚拟内窥镜(VE)系统框架与影像组学分析相结合,构建了息肉良恶性、肿瘤分级、肌层浸润性及分期等的预测模型。基于构建的影像数据库,对提出的检测和诊断模型的初步评价结果表明,所有预测模型的AUC值均高于0.85,极大提升了VE系统的无创检测与诊断性能。在此基础上,项目组与多家三甲医院合作,提出基于新型VE系统的结直肠癌、膀胱癌筛查流程,并开展了临床对照及筛查实验研究。这些研究成果将极大促进VE成为腔内肿瘤及病变的无创筛查及预后管理手段。

项目成果

期刊论文数量(62)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(26)
专利数量(17)
基于多对比度磁共振颈动脉图像的配准算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴玉霞;徐肖攀;张曦;刘洋;张国鹏;陈慧军;李宝娟;卢虹冰
  • 通讯作者:
    卢虹冰
Extracting information from previous full-dose CT scan for knowledge-based Bayesian reconstruction of current low-dose CT images
从之前的全剂量 CT 扫描中提取信息,对当前低剂量 CT 图像进行基于知识的贝叶斯重建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Medical Imaging
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Hao zhang;Hao Han;Zhengrong Liang;Yifan Hu;Yan Liu;William Moore;Jianhua Ma;Hongbing Lu
  • 通讯作者:
    Hongbing Lu
Radiomics Strategy for Molecular Subtype Stratification of Lower-Grade Glioma: Detecting IDH and TP53 Mutations Based on Multimodal MRI
低级别胶质瘤分子亚型分层的放射组学策略:基于多模态 MRI 检测 IDH 和 TP53 突变
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    JMRI
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi Zhang;Hongbing Lu;et.al
  • 通讯作者:
    et.al
Quantitative Analysis of Bladder Wall Thickness for Magnetic Resonance Cystoscopy
磁共振膀胱镜检查膀胱壁厚度的定量分析
  • DOI:
    10.1109/tbme.2015.2429612
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    IEEE Trans Biomed Eng
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xi Zhang;Yang Liu;Zengyue Yang;Qiang Tian;Guopeng Zhang;Dan Xiao;Guangbin Cui;Hongbing Lu
  • 通讯作者:
    Hongbing Lu
Abnormal Effective Connectivity in the Brain is Involved in Auditory Verbal Hallucinations in Schizophrenia
大脑中异常的有效连接与精神分裂症的幻听有关
  • DOI:
    10.1007/s12264-017-0101-x
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Neurosci. Bull
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Baojuan Li Long-Biao Cui Yi-Bin Xi;Karl J. Friston Fan Guo Hua-Ning Wang;Lin-Chuan Zhang Yuan-Han Bai Qing-Rong Tan;Hong Yin Hongbing Lu
  • 通讯作者:
    Hong Yin Hongbing Lu

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其他文献

基于MCMC方法的自适应低剂量CT图像去噪
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    卢虹冰
面向服务架构的PACS系统集成
  • DOI:
    10.1016/j.cub.2019.11.067
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王舒宜
虚拟结肠镜的计算机辅助检测研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王天;刘欣;卢虹冰;张国鹏;张军英
  • 通讯作者:
    张军英
投影数据恢复导引的非局部平均低剂量CT优质重建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘楠;黄静;马建华;陈武凡;卢虹冰
  • 通讯作者:
    卢虹冰
膀胱赘生物影像学特征的计算机辅助诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    医疗卫生装备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔光彬;张国鹏;卢虹冰;史正星
  • 通讯作者:
    史正星

其他文献

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卢虹冰的其他基金

病理先验驱动的多模态影像膀胱癌浸润边界术前精准检测研究
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    82372035
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  • 项目类别:
    面上项目
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    面上项目
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相似海外基金

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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