面向青光眼筛查的眼底影像杯盘形态自动分析方法

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61702558
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0605.模式识别与数据挖掘
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Glaucoma is the first cause of irreversible blindness in China. Computer-aided screening has become the significant demand for the prevention of glaucoma. Examination of the optic nerve to look for changes in the cup-disc appearance from ophthalmoscopic images is the key issue for glaucoma screening. However, most of existing approaches for cup-disc analysis are focused on measure of the optic nerve, whereas there is lack of methods to recognize changes of cup-disc appearance. It is harmful to improve accuracy of glaucoma screening. To address this issue, this project will study the automatic morphological analysis method of cup-disc appearance, which consists of cup-disc region segmentation, cup-disc morphological character representation and cup-disc pattern recognition. Firstly, a 2D-3D image registration method will be studied to align the information of optic cup and disc for cup-disc analysis which obtained from both color fundus images and SD-OCT images. Secondly, the cup-disc segmentation approach will be proposed based on feature fusion with the help of multi-view learning. And the representation approach for appearance and morphological character of cup-disc is also proposed with geometry modeling and statistical analysis methods based on the segmented cup-disc region and contours. Finally, a cup-disc appearance recognition scheme will be designed by means of multi-classifier decision. The achievements of this project will establish an effective automatic morphological analysis scheme of cup-disc appearance, which can improve the sensitivity and specificity of computer-aided glaucoma screening, and recognize changes of cup-disc appearance caused by glaucoma at the early age.
青光眼是我国最常见不可逆致盲眼病,计算机辅助筛查已成为青光眼防盲的重大需求。发现和识别眼底影像中的视杯视盘形态改变是青光眼筛查的关键。然而,现有筛查方法多以参数测量为主,无法识别杯盘形态改变,严重影响了青光眼筛查的准确性。针对该问题,本项目拟在眼底影像配准的基础上,综合利用多模态影像信息,围绕杯盘区域分割、杯盘特征表示和形态识别等问题,研究杯盘形态分析方法。首先研究眼底影像的2D-3D配准方法,将彩色眼底图和SD-OCT影像携带的杯盘信息对齐到同一坐标空间;然后研究基于特征融合的杯盘区域分割方法,准确获得杯盘区域;基于几何建模和统计分析技术,研究杯盘形态的特征表示方法,有效描述杯盘形态改变;最后基于多分类器决策融合技术,研究青光眼杯盘形态识别方法,提出基于此的青光眼筛查模型。本项目将建立一种有效的眼底影像杯盘形态分析方法,提高计算机辅助青光眼筛查的敏感性和特异性,满足青光眼筛查的迫切需求。

结项摘要

青光眼是导致不可逆视力损害的主要原因之一。计算机辅助杯盘分析与疾病筛查成为青光眼防盲的重要技术手段,其关键在于发现并识别眼底影像中的青光眼杯盘形态改变。然而,由于视盘视杯形态、颜色等个体差异,以及成像设备带来的信息损失,眼底影像杯盘形态自动分析面临着巨大挑战。针对上述问题,本项目以计算机辅助青光眼筛查为目标,研究了眼底影像杯盘形态特征的检测与提取、杯盘形态的量化分析与描述、基于杯盘形态描述的青光眼分类等问题,具体包括四个方面:1) 多模眼底影像配准。研究了无监督模式下的眼底影像配准方法,将彩色眼底图和SD-OCT影像配准并对齐到同一个坐标空间,利用两种不同影像的信息来刻画杯盘的形态变化;2)杯盘形态特征描述与量化。基于先进的机器学习方法,研究视盘视杯在2D彩色眼底图、3D SD-OCT影像上的形态特征,提出了一系列彩色眼底图杯盘区域分割方法、基于多参数量化分析的杯盘形态描述方法、基于SD-OCT的杯盘三维结构表示等方法,实现了准确、鲁棒性的杯盘形态量化分析;3)基于杯盘形态特征的青光眼检测。在对杯盘形态的量化描述和特征分析的基础上,研究了基于杯盘参数分析的青光眼检测方法,提高了青光眼自动检测的准确性和鲁棒性;4)数据分布不均衡条件下的青光眼分类。针对临床数据中存在的严重不均衡问题,利用课程学习等思想,研究数据不均衡分布条件下的青光眼分类方法,纠正了数据不平衡造成的模型偏差。通过本项目的研究,建立了一系列面向计算机辅助青光眼筛查的杯盘形态量化分析方法,显著改善了杯盘形态分析的准确性,提高了青光眼筛查的敏感性和特异性。在此基础上,在国内外重要学术期刊和会议上发表学术论文11篇,其中JCR 1区10篇,CCF A类1篇,CCF B类1篇。申请发明专利4项,支持3位项目组成员晋升职称,培养研究生7名。在后续研究和产业转化的基础上,本项目提出的方法将为青光眼辅助筛查和青光眼防盲提供技术支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
Retinal vessel optical coherence tomography images for anemia screening
用于贫血筛查的视网膜血管光学相干断层扫描图像
  • DOI:
    10.1007/s11517-018-1927-8
  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
    MEDICAL & BIOLOGICAL ENGINEERING & COMPUTING
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Chen, Zailiang;Mo, Yufang;Zhao, Rongchang
  • 通讯作者:
    Zhao, Rongchang
Non-rigid retinal image registration using an unsupervised structure-driven regression network
使用无监督结构驱动回归网络的非刚性视网膜图像配准
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2020.04.122
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zou Beiji;He Zhiyou;Zhao Rongchang;Zhu Chengzhang;Liao Wangmin;Li Shuo
  • 通讯作者:
    Li Shuo
Direct Cup-to-Disc Ratio Estimation for Glaucoma Screening via Semi-Supervised Learning
通过半监督学习直接估计青光眼筛查的杯盘比
  • DOI:
    10.1109/jbhi.2019.2934477
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Zhao, Rongchang;Chen, Xuanlin;Li, Shuo
  • 通讯作者:
    Li, Shuo
Clinical Interpretable Deep Learning Model for Glaucoma Diagnosis
用于青光眼诊断的临床可解释深度学习模型
  • DOI:
    10.1109/jbhi.2019.2949075
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF BIOMEDICAL AND HEALTH INFORMATICS
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Liao, WangMin;Zou, BeiJi;Zhou, MengJie
  • 通讯作者:
    Zhou, MengJie
Localisation and segmentation of optic disc with the fractional-order Darwinian particle swarm optimisation algorithm
分数阶达尔文粒子群优化算法的视盘定位和分割
  • DOI:
    10.1049/iet-ipr.2017.1149
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    IET Image Processing
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Guo Fan;Peng Hui;Zou Beiji;Zhao Rongchang;Liu Xiyao
  • 通讯作者:
    Liu Xiyao
共 7 条
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半间歇聚合反应分子量分布周期操作的迭代学习控制
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  • 发表时间:
    2012
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    化工学报
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  • 作者:
    赵荣昌;曹柳林;王晶
  • 通讯作者:
    王晶
三态层叠PCNN原理及在最短路径求解中的应用
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    系统工程与电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马义德;绽琨;赵荣昌
  • 通讯作者:
    赵荣昌
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  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目