中枢神经系统放射学
基于U-Net神经网络的多模态MR颈动脉血管成像的分割方法研究
中华放射学杂志, 2019,53(12) : 1091-1095. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1005-1201.2019.12.013
摘要
目的

探讨基于U-Net神经网络的多模态MR影像颈动脉血管分割方法的价值。

方法

回顾性分析了2012年至2015年中国动脉粥样硬化风险评估研究项目中,经标准多模态MR扫描,且两周内出现缺血性脑卒中或短暂性脑缺血的患者。经纳入标准和排除标准筛选后,有658例患者共17 568层颈动脉血管壁影像纳入研究。应用定制设计的心血管疾病评估计算机辅助系统(CASCADE,华盛顿大学血管成像实验室,西雅图)对所有影像数据进行分析。按照训练集、验证集和测试集6∶2∶2的比例,随机选取10 592个样本作为训练集,3 488个样本作为验证集,3 488个样本作为测试集。为防止模型过拟合,提高模型泛化能力,对原始的多模态血管斑块MR影像进行数据增强。应用经过微调的U-Net神经网络构建多模态MR影像颈动脉血管分割模型,在训练集上训练,在验证集上验证并优化训练超参数,在测试集上测试并计算像素级别的颈动脉血管分割的敏感度、特异度和Dice系数,并计算U-Net分割方法和手工分割方法下的最大管壁厚度和管壁面积,利用组内相关系数和Bland-Altman分析来验证两种方法的一致性。

结果

在测试集上应用训练得到的U-Net神经网络模型进行颈动脉血管分割,计算敏感度为0.878,特异度为0.986,Dice系数为0.858。最大管壁厚度的组内相关系数(95%可信区间)为0.921(0.915~0.925),管壁面积的组内相关系数(95%可信区间)为0.929(0.924~0.933),Bland-Altman分析中最大管壁厚度差值为(0.037±0.316)mm,管壁面积差值为(1.182±4.953)mm2,U-Net分割方法和手工分割方法具有较高一致性。

结论

应用U-Net神经网络的方法,在大规模经过专业医师标注的数据集上进行训练和验证,可以实现对多模态MR影像颈动脉血管自动分割。

引用本文: 李继凡, 陈硕, 章强, 等.  基于U-Net神经网络的多模态MR颈动脉血管成像的分割方法研究 [J] . 中华放射学杂志,2019,53 (12): 1091-1095. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1005-1201.2019.12.013
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脑卒中是严重威胁人类健康的重大疾病之一,具有高患病率、高病死率和高复发率等特征[1]。在中国,每年约有240万人罹患脑卒中,其中75%致残[2],严重影响生活质量,给社会带来了巨大的经济负担。动脉粥样硬化是导致脑卒中的重要原因之一[3],主要以大中动脉内膜脂质沉着、粥样斑块形成、纤维组织增生、管壁增厚为特征[4]。动脉粥样硬化斑块一方面可以引起管腔的狭窄,另一方面某些易损斑块容易破裂形成血栓导致下游的血管栓塞。动脉粥样硬化斑块的破裂风险与斑块形态、成分有关,相关研究表明[5],易损斑块的特征包括重度狭窄、斑块内出血、大脂质核、薄纤维帽、表面钙化和斑块溃疡等。因此,准确评估血管形态和斑块成分,识别易损斑块,及早干预和治疗,能够有效降低脑卒中风险。

 
 
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