本技术方案致力于解决医学图像处理中左心房及其瘢痕分割精度不足的问题,提出了一种新的自动分割方法。该方法专门针对心脏医学图像,旨在提高左心房和瘢痕的分割准确性,以促进心脏疾病诊断的精确性。
背景技术
心房颤动(Atrial Fibrillation,AF)是一种常见的心律失常,其特征是患者心房结构不规则且伴随着经常性的快速收缩。导管消融术是一种用于治疗心房颤动的微创手术,它利用靶向能量来选择性地破坏导致心律失常的异常心脏组织,并恢复正常的心律。经过导管消融术治疗后会形成对应的心房瘢痕,对左心房(Left Atrial,LA)和左心房瘢痕的准确定量是评估导管消融治疗质量的关键前提和指标。近年来,延迟钆增强(Lategadolinium Enhancement,LGE)心脏磁共振(Cardiac Magnetic Resonance,CMR)成像成为一种很有前途的瘢痕评估和可视化的工具。然而,手动标注左心房和左心房瘢痕需要临床医生大量的时间和精力。因此,实现一种在LGE CMR图像上对左心房和左心房瘢痕的自动分割算法对于导管消融过程的评估和心房颤动的治疗至关重要。
传统的分割方法,如概率图集、均值聚类、区域增长和支持向量机等被广泛用于左心房和左心房瘢痕的分割。此外,一些研究人员利用来自同一患者的辅助CMR图像来获得额外的结构信息,从而提高了LGE CMR的分割性能。然而,这些传统方法的性能很大程度上依赖于选择的特征质量、设置的参数经验以及额外的辅助MRI,导致在实际临床应用中面临着分割精度不高、实际操作复杂和泛化能力差等问题。近年来,随着深度学习(DeepLearning,DL)技术在医学图像处理领域的发展,许多基于深度学习的算法被提出用于LGECMR的左心房和左心房瘢痕的自动分割。例如Borra等人使用了2D和3D U-Net网络分别进行左心房分割测试,首先定位了感兴趣区域(Region of Interest,ROI),其次对裁剪后的ROI进行精细分割。实验结果表明,3D U-Net的性能明显优于2D U-Net。Punithakumar等人基于nnU-Net框架,调整输入图像和标签的几何方向,来获取三维几何信息,提高了左心房瘢痕的分割性能。虽然在左心房和左心房瘢痕的全自动分割方面取得了一些进展,但在实际应用中仍存在许多挑战:1)训练样本的数量稀少。由于数据人工标注的成本高和医疗数据隐私问题,难以获得足够的训练数据,特别是三维数据,这给训练鲁棒模型带来了重大挑战。2)左心房形状复杂,左心房瘢痕分布小而分散,增加了自动分割的难度。3)心房与瘢痕之间的边界模糊,对比度低,容易导致网络对边界像素进行错误分类,影响分割精度。4)三维心脏数据的背景像素通常占据整个图像的很大一部分,与心房和瘢痕的比例像素总数非常小,这是一个严重的类不平衡问题,会影响网络收敛的最佳结果。
实现思路