临床研究
基于深度学习的甲状腺超声图像修复算法的初步研究
中华超声影像学杂志, 2023,32(6) : 515-522. DOI: 10.3760/cma.j.cn131148-20221109-00762
摘要
目的

探讨基于深度学习对被遮挡的甲状腺超声图像进行修复的可行性。

方法

回顾性收集自2020年1月至2021年10月于浙江大学医学院附属邵逸夫医院采集的甲状腺结节图像共358张,对图片进行随机遮挡后,使用DeepFillv2方法对上述图像被遮挡部分进行修复,比较修复前后图像的灰度值差异。邀请6位不同年资医师(主任医师、主治医师、住院医师各2位)比较修复前后图片是否存在形态差异,比较不同医师组判断的正确率及对图像差异的检出率。根据2020甲状腺结节超声恶性危险分层中国指南(C-TIRADS)对甲状腺结节图像进行超声特征提取(垂直位、实性、极低回声、可疑微钙化、边缘模糊及彗星尾伪像),比较修复前后图像中甲状腺结节超声特征的一致性。

结果

图片修复前后的灰度值均方误差范围为0.274~0.522,各组医师的正确率及检出率之间差异具有统计学意义(均P<0.001),总体正确率为51.95%,总体检出率为1.79%,其中主任医师与住院医师组内的正确率及检出率差异同样具有统计学意义(均P<0.001)。图像修复前后图像中各超声特征的一致性均高于70%,实性、彗星尾伪像的一致性均高于90%。

结论

基于深度学习的甲状腺超声图像修复算法可以有效修复被遮挡的甲状腺超声图像,同时可以保留甲状腺超声图像特征,有望扩大深度学习图像数据库规模,促进深度学习在超声领域的发展。

引用本文: 张敏, 倪驰明, 温佳恒, 等.  基于深度学习的甲状腺超声图像修复算法的初步研究 [J] . 中华超声影像学杂志, 2023, 32(6) : 515-522. DOI: 10.3760/cma.j.cn131148-20221109-00762.
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深度学习在超声影像领域具有巨大的潜力[1],目前已经开发出多款人工智能(artificial intelligence,AI)辅助诊断系统,如AmCAD-UT、S-Detect等[2,3],可以对甲状腺及乳腺结节进行定位及良恶性判断等[4,5,6],但仍无法满足判断疾病预后或肿瘤分期等临床需求。为了构建新的AI模型以完成更高阶的临床任务,需要更多高质量的图像样本。然而,目前缺乏大规模、高质量、正确标记的超声图像数据集[7,8]。如果仅依靠个别超声医师采集符合深度学习模型训练要求的图片,则存在工作量大、时间周期长等阻碍,无法在短时间内获得足够样本量,严重影响研究效率。虽然在日常工作中可以采集到大量的超声图像,但大部分图片均无法满足AI模型训练的要求,其中,图片中包含的测量及标注痕迹所带来的遮挡问题最为突出,测量及标注痕迹不仅会遮挡图像中代表病理信息的超声特征,而且会导致在模型训练过程中目标病变识别和代表性图像的选择发生变化,引起模型过拟合,导致模型对病变区域的检出及诊断能力退化[9]。大量存在标记的图像不仅不能用于开发新的深度学习模型,同样也无法用于现有模型的自动检测及诊断,因此如何去除图像中的测量标记,是需要解决的第一个关键问题。已有研究证明深度学习对于内镜、冠状动脉增强CT以及磁共振等图像及视频修复的有效性[10,11,12]。本研究拟对甲状腺超声图像进行随机遮挡,模拟超声图像中的手动标记的遮挡效果,通过图像修复和补全技术[13],建立用于修复被遮挡的甲状腺超声图像的深度学习算法模型,旨在扩大深度学习训练集的图片数量,促进深度学习在超声图像相关领域发展。

 
 
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