基于深度学习与声影校正的全乳房超声解剖层分割新方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61501305
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0125.医学信息检测与处理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Whole breast ultrasound image can provide complete breast anatomic information and then potentially increase the detection rate of breast lesions. However, the reading and understanding of the whole breast image data is far more difficult than traditional B-mode ultrasound and may also lower down the efficiency of diagnostic procedure. To improve the efficiency of the clinical image reading and diagnosis, this study aims to develop an automatic segmentation method to partition the whole breast ultrasound into four layers of "fat", "mammary gland tissue", "muscle", and "rib/chest wall". The clinical applications of the segmentation of four layers can be at least twofold. First, the segmentation can provide quantitative volume measurements of the specific layers for the calculation of breast density. Second, the segmentation result can be served as the prior knowledge to exclude clinically implausible false-positive findings in the computerized breast lesion detection scheme for the 3D whole breast ultrasound. In such cases, the segmentation of the four breast anatomic layers is quite valuable in the clinical practice. The segmentation scheme is proposed to be realized in three steps: (1) construction of breast anatomic recognition models with deep learning techniques to identify each specific layer in the image as the pre-segmentation; (2) detection of the locations of acoustic shadows in the image; (3) accurate segmentation and shadow correction with the region competition framework that can be initialized with the results of steps (1) and (2). The first step employs the deep learning techniques to address the high intra-class variation problem in the pattern of each anatomic layer. The result of the first step can be served as a reliable pre-segmentation for the third step. The second step will provide the prior location knowledge of acoustic shadows to prevent over-correction in the normal regions in the process of shadow correction. The third step then adopts the iterative segmentation and shadow correction fashion to seek the satisfactory segmentation result with high accuracy. The segmentation of four anatomic layers in the whole breast ultrasound image is a brand new problem with the advance of this cutting-edge imaging technique. The corresponding research methods in this proposal are original and innovative. The research outcomes can potentially be shaped into a computerized tool for the analysis of the whole breast ultrasound images. Meanwhile, the research experience exploited in this proposal can be accumulated and shared as the referential knowledge for the future studies on image segmentation and pattern recognition in the 3D ultrasound image.
全乳房超声图像由于可提供完整的乳房解剖信息,而有潜力能大大提高病灶检出率。但是全乳房数据的图像判读诊断更加的困难,也使得诊断效率低下。为了提升全乳房超声图像的分析,本项目拟研发全自动乳房解剖层分割算法,将全乳超声分割为脂肪、乳腺组织、肌肉、肋骨与胸腔壁等四层。分割结果可用于计算乳房密度和减少计算机辅助乳腺病灶检测的假阳性,具有极大的临床价值。本项目拟采用以下步骤进行分割:1)使用深度学习技术进行四个解剖层的预分割,来对付解剖层样式高类内差异的问题;2)声影区域检测,提供声影位置先验知识,避免正常区域过度校正;3)基於步骤1-2的结果以区域竞争算法为框架,借由分割与声影校正迭代的手段,求得精确的分割结果。全乳超声解剖层分割为全新的课题,本项目提出的一系列研究方案具有原始初创性,可作为临床全乳超声分析工具,也可为三维超声图像分割与模式识别等科学问题提供知识积累。

结项摘要

全乳房超声图像由于可提供完整的乳房解剖信息,而有潜力能大大提高病灶检出率。但是全乳房数据的图像判读诊断更加的困难,也使得诊断效率低下。为了提升全乳房超声图像的分析,本项目拟研发全自动乳房解剖层分割算法,将全乳超声分割为脂肪、乳腺组织、肌肉、肋骨与胸腔壁等四层。分割结果可用于计算乳房密度和减少计算机辅助乳腺病灶检测的假阳性,具有极大的临床价值。本项目拟采用以下步骤进行分割:1)使用深度学习技术进行四个解剖层的预分割,来对付解剖层样式高类内差异的问题;2)声影区域检测,提供声影位置先验知识,避免正常区域过度校正;3)基於步骤1-2的结果以区域竞争算法为框架,借由分割与声影校正迭代的手段,求得精确的分割结果。全乳超声解剖层分割为全新的课题,本项目提出的一系列研究方案具有原始初创性,可作为临床全乳超声分析工具,也可为三维超声图像分割与模式识别等科学问题提供知识积累。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(4)
Longitudinal Analysis for Disease Progression via Simultaneous Multi-Relational Temporal-Fused Learning.
通过同时多关系时间融合学习对疾病进展进行纵向分析
  • DOI:
    10.3389/fnagi.2017.00006
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Frontiers in aging neuroscience
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Lei B;Jiang F;Chen S;Ni D;Wang T
  • 通讯作者:
    Wang T
Automatic Categorization and Scoring of Solid, Part-Solid and Non-Solid Pulmonary Nodules in CT Images with Convolutional Neural Network.
利用卷积神经网络对 CT 图像中实性、部分实性和非实性肺部结节进行自动分类和评分
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-08040-8
  • 发表时间:
    2017-09-01
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Tu X;Xie M;Gao J;Ma Z;Chen D;Wang Q;Finlayson SG;Ou Y;Cheng JZ
  • 通讯作者:
    Cheng JZ
Automatic Fetal Head Circumference Measurement in Ultrasound Using Random Forest and Fast Ellipse Fitting
使用随机森林和快速椭圆拟合的超声自动胎头周长测量
  • DOI:
    10.1109/jbhi.2017.2703890
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Li, Jing;Wang, Yi;Ni, Dong
  • 通讯作者:
    Ni, Dong
Computer-Aided Diagnosis with Deep Learning Architecture: Applications to Breast Lesions in US Images and Pulmonary Nodules in CT Scans.
采用深度学习架构的计算机辅助诊断:在 US 图像中的乳腺病变和 CT 扫描中的肺部结节中的应用
  • DOI:
    10.1038/srep24454
  • 发表时间:
    2016-04-15
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Cheng JZ;Ni D;Chou YH;Qin J;Tiu CM;Chang YC;Huang CS;Shen D;Chen CM
  • 通讯作者:
    Chen CM
Multi-modal and multi-layout discriminative learning for placental maturity staging
胎盘成熟度分期的多模式和多布局判别学习
  • DOI:
    10.1016/j.patcog.2016.09.037
  • 发表时间:
    2017-03
  • 期刊:
    Pattern Recognition
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Baiying Lei;Wanjun Li;Yuan Yao;Xudong Jiang;Ee-Leng Tan;Jing Qin;Siping Chen
  • 通讯作者:
    Siping Chen

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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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