文摘

目的。我们开发的下一阶段的计算机辅助诊断(CAD)系统来帮助放射科医生在评估主动脉疾病的CT图像通过移除无害的图像和高亮显示主动脉疾病的迹象。材料和方法。数据分割的病人的对比增强CT扫描分析主动脉夹层和穿透主动脉溃疡(加索尔)。主动脉夹层被检查发现异常主动脉使用面向边缘的形状的方法。加索尔被认为通过异常高强度与兴趣点操作符。结果。主动脉夹层检测过程的敏感性为0.8218,特异性为0.9907。加索尔的检测过程得分的敏感性为0.7587,特异性为0.9700。结论。主动脉夹层检测过程和加索尔检测过程成功地消除无害的图像,但是额外的方法是必要的改善与主动脉疾病的识别的图像。

1。介绍

每天快速和准确的决策信息不足的病人必须由主治医生急诊。2007年,在美国,近600万名患者胸痛列为他们参观的理由急诊科(1]。胸部疼痛是一个模糊的症状,需要住院或延长观测来确定病人的病情的严重程度。负面结果为住院病人心脏评估每年花费大约6 - 8数十亿美元(2,3]。即使有这样的预防措施,后6个月内负面结果,2% - -5%的病人会有严重心脏事件(4]。

在过去的几十年里,诊断放射学研究提供了更多的工具来处理心脏疾病的症状(5]。由于最近在多层螺旋CT扫描仪,改善心血管地区拍摄的图像更清晰,低噪音和工件,可以检查以更大的信心(6,7]。诊断胸痛,几项研究已经表明,胸腔的对比增强CT扫描是一种有效、准确、无创方法高,对心脏疾病(阴性预测值8- - - - - -11]。三重排除一个特定方法(有望)协议的冠状动脉、肺动脉、胸主动脉和其他胸廓内的结构突出显示CT扫描。通过检查扫描严重心脏病的迹象,例如冠状动脉狭窄、肺栓塞、和主动脉夹层(广告),有望图像可以用来确定一个病人应被释放或承认进一步评估。这种方法导致了成本的减少和时间参与诊断病人。近年来,几家医院已经实现了有望协议和其他协议的CT诊断过程的一部分来管理模糊的症状患者急诊。

随着这些协议变得广泛用于诊断心脏疾病、放射科医生的负担大大增加。这些方法需要训练有素的放射科医生的时间和能力有效利用。每个病人的心脏图像产生在CT扫描取决于捕获每个薄片的厚度和范围可以从数百到数千人。在诊断阶段,由于大量的行动可能会重复的图片和许多图像没有疾病的迹象。此外,有困难找到候选人的潜在心脏疾病由于其小尺寸或微妙的外观。在繁忙的医院,评估这些图像可能是压倒性的,这可能导致诊断[至关重要的错过12]。

因此,我们提出并开发了一个计算机辅助诊断(CAD)系统,可以减轻这种负担的放射科医生在诊断对比增强CT胸腔的图像。这将通过系统执行两个操作。首先,确定无害的图像将减少重复动作的时间由放射科医生。第二,突出区域的图像与潜在心脏疾病的迹象,这将减少放射科医生忽视的机会。成功的自动诊断系统将提高放射科医生的迅速和准确的诊断。

在病人的CT扫描的数据是多种心脏疾病的可能性。开发方法对于识别所有心脏疾病的CAD系统将是一个大的任务。因此,我们专注于心脏疾病的一个分支,主动脉疾病,CAD系统可以帮助的地方。例如,在升主动脉(主动脉夹层13,14)需要仔细观察诊断CT图像,如果不会很快认出可能致命。很少有文献涉及主动脉疾病的CAD系统。因此,本文的重点是开发CAD系统的诊断过程中检测主动脉疾病的迹象产生的图像对比度增强心脏图像扫描。

在我们先前的研究[15),分割过程是发现和部分开发的途径主动脉动脉腔。分割方法考虑了所有这些不确定性,认为从整幅图像的信息,同时允许为当地的变化,调整和使用形态学操作符。这个过程给我们的系统提供了一个清晰的蓝图的形状、大小和患者的主动脉腔的边界。

分割过程的数据提供的输入诊断阶段。诊断过程目前检测两个主动脉疾病,主动脉夹层和穿透主动脉溃疡(加索尔),对比增强CT图像的主动脉。两个标准建立了这些疾病的迹象的系统利用其决策过程:(我)主动脉夹层,如果主动脉的横截面图像不是小跑;(2)加索尔,如果主动脉包含对象与胡值高于正常沿墙。

在主动脉夹层的情况下,血液流动到媒体层部分恶化的主动脉壁并创建一个新腔。从CT图像的角度,腔分为两块,血压两腔之间的差异导致了扭曲的形状(图1(一))。诊断过程的功能设计面向基于边缘的方法和应该能够识别一个小跑对象在一个图像。在输出中,这个过程标识主动脉对象与一个小跑的形状不符合健康和主动脉对象,则作为主动脉疾病的可能的候选人。

在加索尔的情况下,动脉粥样硬化斑块的溃疡侵蚀内膜引起血肿在媒体上的主动脉。在对比增强CT片,加索尔似乎contrast-filled, pouch-like主动脉突出(图1 (b))或在缺乏一个内层的主动脉壁增厚皮瓣或假腔。Hounsfield值(胡锦涛)在加索尔可以高于正常腔有两个原因。首先,对比媒体成为暂时被困在这些袋和增加其浓度。第二,钙化斑块导致加索尔胡高价值和加索尔的内膜。诊断过程的函数创建这些对象使用的兴趣点操作符来定位强度高于平均水平的一个主对象。在输出每一个主对象符合这一标准被标示为加索尔对象和加索尔的迹象。否则,主动脉对象作为一个整体是贴上健康。

总而言之,我们构建了一个自动化的过程,确定一个主对象在一片是主动脉夹层的候选人或加索尔基于对比度增强CT数据。我们报告这个方法自动识别的技术细节和现在的初步结果在应用过程中9例CT数据。

2。材料和方法

2.1。病人的选择

本研究中使用的病人数据来自横滨市立大学作为我们实验室联合研究的一部分。患者接受考试使用有望协议。他们允许他们使用他们的数据在这个研究。

2.2。CT技术

有望协议用于这个项目的基本程序,作为横滨市立大学的发展,包括三个阶段:scanogram, precontrast扫描和postcontrast扫描。

所有图片都是收购了64片CT扫描仪。扫描之间的隔膜和主动脉弓的顶端。

scanogram是快速初步扫描确定地区precontrast和postcontrast扫描。

precontrast扫描是一个完整的心脏地区的CT扫描没有注射对比剂,放射性染料。

postcontrast扫描是一个完整的心脏地区的CT扫描的病人被注射对比剂照亮心脏地区的关键领域。在这个阶段,病人收到70毫升的对比剂到右臂变为不透明的冠状动脉和主动脉,一分钟后,另一个30毫升的对比剂变为不透明肺动脉。一旦对比剂在血液中达到预定的水平,对比扫描后开始了。扫描了平均约15秒。

数据存储在DICOM格式,图像的分辨率像素。诊断的病例在这项研究表示在表1。

2.3。分割过程的原则

主动脉动脉的CAD系统本研究旨在从CT扫描处理接收到的数据,这是由三个输入:(1)病人的CT扫描的DICOM数据包括心脏图像的主动脉弓隔膜,(2)Hounsfield单位的范围(胡)的对比度增强CT扫描过程中检测到主动脉腔(胡胡平均范围200 - 500年),和(3)的起始位置升主动脉和降主动脉。这两个标准这一过程如下:(1)主动脉动脉的横截面是圆的形状(数字2 (c)和2 (d));(2)主动脉弓创建180度环(数字2(一个)和2 (b))。从这些输入和标准,细分过程识别对象在主动脉的CT扫描(图3)和链接在一起,标签他们升主动脉,降主动脉、主动脉弓取决于他们的位置。后来,自动分割输出图像集的升主动脉,降主动脉,主动脉弓。

2.4。主动脉夹层的诊断过程的原则

利用分割数据,CAD系统初始化主动脉夹层的诊断过程通过收集两块信息。首先,Sobel算子为诊断过程提供了一个近似梯度图像的分割数据。梯度值代表的强度变化的程度——方向在特定像素的图像,和,分别。一双卷积面具(图4胡)应用于每个像素计算的价值和。然后,梯度角()的评估每个像素使用以下功能:

第二,重心()确定一个主对象。在一个对象的像素总数。和是——单个像素的位置:

快速圆检测算法(16)检查对象的边界和确定该对象是一个圆面向基于边缘的方法。这个决定是基于独特的边界像素对的数量(),满足三个条件。

(1)梯度()的角度从梯度角度是180度()(图5(一个)): (2)梯度向量()=的角度(图5 (b)): (3)这条线应该通过质心((图)的对象5 (c))。

符合这些条件的边界像素的比例计算。如果比例达到预定的阈值,对象是圆标签像甚至健康。如果失败比例阈值,对象标记为异常形状和主动脉夹层的候选人。

2.5。加索尔的诊断过程的原则

加索尔检测过程开始通过分析媒体对比增强CT图像的分割数据。在分割过程中,加索尔和钙化,并有很强的强度从形象中删除他们胡值远高于正常腔的强度(图6(a))。在分割过程中,这些加索尔和钙化表现为小椭圆形,椭圆主动脉(图的边缘6(b))。

加索尔的检测过程是一个寻找像素满足这些要求:(1)胡这个像素的值高于最高价值的范围内腔的强度;(2)这个像素是包含在一个主对象的边界。

通过连通区域标记,这些像素分组在加索尔对象。这些对象突出显示在图像和输出作为加索尔的候选人。

2.6。评估的诊断流程

过程检测健康主动脉和主动脉病变的候选人进行评估两部分9例,主动脉地区得到了增强CT扫描对比媒体。对于这个实验,系统只检查了片升主动脉和降主动脉因为他们的横截面是随时可以在CT图像重建。主动脉弓的截面需要多平面重建CT图像时并没有可用的测试。

第一部分研究了快速圆检测算法能否正确识别健康和主动脉壁夹层形成的图像在3 5例,包括健康和2主动脉剥离。系统返回的决定是否一片主动脉是健康或主动脉夹层的候选人。快速圆检测算法的阈值设定在60%的比例与一双独特的梯度边界像素边界像素的总数的一个对象。结果相比健康的主动脉瓣片的实际数量和候选人切块。

真正积极的定义是一个包含一个主动脉夹层主动脉对象和标记的CAD系统作为主动脉夹层的候选人。假阳性的定义是一个主对象是健康的,但由CAD系统标记作为主动脉夹层的候选人。真正的负面被定义为一个主对象是健康和标签由CAD系统是健康的。假阴性被定义为一个包含一个主动脉夹层主动脉对象但被CAD系统标记为健康。

第二部分回顾了过程检测的迹象,加索尔与加索尔的4例主动脉。系统返回对象在一片被标记为可能的加索尔的迹象。结果相比,加索尔的实际数量的测试数据集。真正积极的被定义为一个主对象包含了加索尔,加索尔和候选人是CAD系统检测到的。假阳性的定义是一个主对象没有加索尔,但加索尔是CAD系统检测到的候选人。真正的负面被定义为一个主对象没有保罗,和没有候选人保罗发现了CAD系统。假阴性的定义是主动脉对象包含了加索尔,但没有候选人保罗发现了CAD系统。

系统研究了图像在计算机上与英特尔酷睿2极端CPU Q6850 3.00 GHz 2.99 GHz和8 Gb的Ram。过程的总时间也被记录下来。

3所示。结果

3.1。主动脉夹层的诊断过程的结果

从5例的479张图片,包含升主动脉和479片161片含有降主动脉。结果在表表示2。

关于降主动脉,83人被正确标识为候选人主动脉夹层(真阳性)和0错误地认定为候选人主动脉夹层(假阳性),378片是正确认定为健康(真阴性),和18错误地认定为健康(假阴性)。假阴性片造成的变化只发生在主动脉夹层主动脉但不是形状的大小。

关于升主动脉,没有发生主动脉夹层。156片是正确认定为健康,和5片是错误地认定为主动脉夹层的候选人。假阳性片发生在升主动脉是主动脉弓的过渡。

3.2。加索尔的诊断过程的结果

461片的加索尔的4例,213片含有升主动脉和461片含有降主动脉。26日的213片包含升主动脉被移除,因为一个错误的分割过程,使最后的187片升主动脉。结果在表表示3。

在升主动脉,48片被正确识别与加索尔(真阳性),5片是错误的认为加索尔(假阳性),116片是正确确定没有加索尔(真阴性),和18片是错误的认为没有加索尔(假阴性)。

在降主动脉,191片被正确识别与加索尔,5片是错误的认为加索尔,207片是正确确定没有保罗,58片是错误的认为没有加索尔。

假阳性造影剂时发生略高于腔体的强度范围,最有可能由于工件的CT图像。假阴性通常发生在加索尔的强度是类似于正常的腔体的强度。

3.3。运行时的CAD系统

CAD系统的运行时部分和执行诊断过程解释本文表表示4。

4所示。结论

与主动脉疾病的设计CAD系统的目的为了帮助放射科医生,我们开发了两个自动诊断过程中确定一个主对象对比增强CT图像包含主动脉夹层或加索尔的候选人。我们的研究结果使我们下面的关于这个系统的可行性结论。

主动脉夹层检测过程的敏感性为0.8218,特异性为0.9907。这表明这个过程识别健康的主动脉形状的能力,但并不是完全能够识别所有类型由一个主动脉剥离。最常见的错误发生在主动脉剥离导致主动脉萎缩,但仍保持着小跑的形状。必须由主动脉剥离过程利用额外的方法来收集相关数据,如减少尺寸和外观主动脉内膜的皮瓣的对象,减少假阴性。

加索尔的检测过程得分的敏感性为0.7587,特异性为0.9700。这个过程主要是避免错误的加索尔的识别。这可能是由于这种分割过程的成功与去除工件和噪音。对于敏感性,这个过程能够区分多数加索尔。当它忽视了加索尔,这是因为加索尔有类似于腔体的强度。补充方法识别加索尔在主动脉的边界的形状应该实现red9ce假阴性。

本研究将成为未来的研究基地主动脉疾病的CAD系统,扩大自动诊断的各种方法。有一些限制,应该在未来研究中加以解决。当前的研究检验了两种方法对于识别动脉解剖和加索尔。更多的方法必须包括提高准确度和精密度的CAD系统。此外,实验数据是相对较小的。一套大的测试数据是必要的最终结果。

在未来,关于主动脉疾病诊断过程中,更多的图像处理的算法,解决问题将旨在分析主动脉和搜索主动脉疾病,如主动脉夹层的迹象,校内的血肿,穿透动脉粥样硬化溃疡(13,14]。识别标准仍然没有解决主动脉疾病包括(1)显著变化的大小(增加或减少)主动脉,(2)出现黑暗的内层的皮瓣行包含在腔体中,加索尔和(3)检测的基于形状的边界。

总之,主动脉夹层检测过程和加索尔检测过程成功地消除无害的图像,但是额外的方法是必要的改善与主动脉疾病的识别的图像。这些方法可以用于构建一个CAD系统的下一步检测主动脉疾病。

确认

作者承认Arisawa教授和教授井上的学术指导和Yoshida博士和Okasaki提供患者的数据。支持这项研究的一部分。23300035的研究补助金为科研、教育、文化、体育、科技、日本。