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基于3D U-Net实现人体耳软骨MRI图像的解剖结构分割 被引量：5
1
作者 孙若凡 张唯唯 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期531-539,共9页
自体肋软骨雕刻法是目前治疗先天性小儿畸形的临床标准疗法,而耳软骨组织工程和3D生物打印是有前景的治疗方案。可是,这些治疗方案的核心—(复合物)支架构造缺乏基于医学图像的耳软骨自动分割方法。基于3D U-Net提出改进的网络模型,能... 自体肋软骨雕刻法是目前治疗先天性小儿畸形的临床标准疗法,而耳软骨组织工程和3D生物打印是有前景的治疗方案。可是,这些治疗方案的核心—(复合物)支架构造缺乏基于医学图像的耳软骨自动分割方法。基于3D U-Net提出改进的网络模型,能够实现MRI图像的人体耳软骨解剖结构的自动分割。该网络模型结合残差结构和多尺度融合等设计,在减少网络参数量的同时实现12个耳软骨解剖结构的精确分割。首先,使用超短回波时间(UTE)序列采集40名志愿者单侧外耳的MRI图像;然后,对所采集的图像进行预处理、耳软骨和多解剖结构手动标注;接下来,划分数据集训练改进的3D U-Net模型,其中32例数据作为训练集、4例为验证集、4例为测试集;最后,使用三维全连接条件随机场对网络输出结果进行后处理。模型经过10折交叉验证后,耳软骨12个解剖结构的自动分割结果的平均Dice相似度系数(DSC)和平均95%豪斯多夫距离(HD95)分别为0.818和1.917,相比于使用基础的3D U-Net模型,DSC指标分别提高6.0%,HD95指标降低了3.186,其中耳软骨关键结构耳轮和对耳轮的DSC指标达到了0.907和0.901。实验结果表明,所提出的深度学习方法与专家手动标注两者之间的结果非常接近。在临床应用中,根据患者健侧UTE核磁图像,本研究提出的方法既可以为现有自体肋软骨雕刻法快速、自动生成三维个性化雕刻模板,也可以为组织工程或者3D生物打印技术构建耳软骨复合物支架提供高质量的可打印模型。 展开更多
关键词 耳软骨 超短回波时间 3D U-Net 自动分割
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基于多模态MRI图像的耳软骨模型构建 被引量：2
2
作者 刘晓芳 赵成 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期711-718,共8页
构建高保真的耳软骨支架一直是耳廓再造的研究核心。传统成像方法对耳软骨和周围组织的区分度较低,为探究可用于耳软骨成像的MRI扫描序列,为耳软骨3D生物打印提供高精度模型,提出超短回波时间(UTE)成像和3D_T2成像序列相结合的扫描方案... 构建高保真的耳软骨支架一直是耳廓再造的研究核心。传统成像方法对耳软骨和周围组织的区分度较低,为探究可用于耳软骨成像的MRI扫描序列,为耳软骨3D生物打印提供高精度模型,提出超短回波时间(UTE)成像和3D_T2成像序列相结合的扫描方案。实验共收集40位健康志愿者单侧外耳廓数据。首先,两位有经验的评估者分别根据UTE图像逐层勾勒出耳软骨大致形状,并根据3D_T2图像进一步去除耳垂等其他组织,以此构建耳软骨模型。每名评估者独立重复3次。然后,分析评估者内和评估者间耳软骨分割结果的体积(Cg.V)、表面积(Cg.S)和厚度(Cg.Th)的相关性,以评价不同评估者是否可以定义相同的感兴趣区域。结果显示,评估者内手动分割结果的精度误差分别为:Cg.V≤3.05%,Cg.S≤1.80%,Cg.Th≤3.43%,评估者间分别为:Cg.V=2.39%,Cg.S=3.75%,Cg.Th=3.37%;Cg.V、Cg.S和Cg.Th的组内相关性分别高于0.95、0.97、0.77,组间相关性分别为0.97、0.89和0.69;Dice相似性系数(DSC)均高于80%。这表明,超短回波时间和3D_T2成像序列结合能够表征耳软骨的形态学差异,是适合耳廓再造研究的扫描方案,可为3D生物打印提供高精度的耳软骨模型。 展开更多
关键词 耳软骨分割 超短回波时间 3D-T2 3D生物打印模型构建
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