一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法及设备
技术领域
本申请涉及医疗影像识别、计算机处理技术领域,尤其涉及一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法及设备。
背景技术
核磁共振影像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)作为医学领域一种常见的影像检查方式,主要利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,重建出人体信息。这样,医生可以根据核磁共振影像对人体部位发生的异常进行识别。
核磁共振影像用途比较广,涉及全身各系统的成像诊断。例如:颅脑及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。
对于心血管疾病患者,利用核磁共振影像可作多个切面图,显示心脏、病变全貌及其与周围结构的关系,这样不但有助于医生观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化,而且有助于医生作心室分析,进行定性及半定量的诊断。
尤其对于脑部疾病的患者,利用核磁共振影像可作冠状、矢状及横断成像。医生基于核磁共振影像能够对脑部是否发生异常进行判断。
目前,医生在拿到病人的核磁共振影像(例如:脑部核磁共振影像)时,通常是根据自身从医经验对患者身体是否发生异常进行识别或者判断。也就是说,目前利用核磁共振影像判断患者身体是否发生异常主要还是基于医生的经验。这样导致基于核磁共振影像对患者身体是否发生异常进行识别的识别精度较低,也容易造成误诊或者耽误患者治疗时间的事件发生。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供了一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法及设备,用于对3D核磁共振影像的脑部异常进行精准分类,提升脑部异常识别的识别精度。
本申请实施例提供了一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法,包括:
接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;
基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。
本申请实施例提供了一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类设备,包括至少一个处理器及存储器,所述存储器存储有程序,并且被配置成由所述至少一个处理器执行以下步骤:
接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;
基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。
本申请提供的至少一个实施例所达到的有益效果如下:
本申请实施例通过接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;进而基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。本申请实施例借助人工智能和大数据处理技术,通过训练核磁共振影像的识别模型,能够对接收到的核磁共振影像中出现的脑部异常进行分类,有效提升了脑部异常的分类精度,进而提高了基于核磁共振影像对脑部异常的诊断精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面对实施例描述中所需要使用的说明书附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法的流程示意图;
图2为本申请实施例提供的得到分段掩码的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的脑部异常分类的流程示意图;
图4为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类设备的结构示意图;
图5为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类设备的结构示意图。
具体实施方式
为了实现本申请的目的,本申请实施例提供了一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法及设备,通过接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;进而基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。本申请实施例借助人工智能和大数据处理技术,通过训练核磁共振影像的识别模型,能够对接收到的核磁共振影像中出现的脑部异常进行分类,有效提升了脑部异常的分类精度,进而提高了基于核磁共振影像对脑部异常的诊断精度。
下面结合说明书附图对本申请各个实施例作进一步地详细描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类方法的流程示意图。所述方法可以如下所示。
步骤101:接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码。
在本申请实施例中,用户(或者医生)输入采集的3D核磁共振影像,并对该3D核磁共振影像启动分类处理操作。
对于输入的3D核磁共振影像,利用第一神经网络算法对该3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码。
这里的第一神经网络算法可以是指Unet(Unity Networking)神经网络算法,也可以是其他用于图像分割的算法,这里对于第一神经网络算法的具体形式不做限定。
较优地,基于Unet神经网络算法,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,分别得到每次卷积操作对应的分段掩码。
在本申请实施例中,利用Unet神经网络算法,对待处理的3D核磁共振影像进行特征提取操作和上采样处理操作,为后续更好的实现分类奠定基础。
具体地,利用Unet神经网络算法,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行第1层卷积操作,得到第1层对应的分段掩码M1;
利用Unet神经网络算法,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行第1层卷积操作,得到第1层对应的分段掩码M1;
利用Unet神经网络算法,对所述分段掩码M1执行第2层卷积操作,得到第2层对应的分段掩码M2;
依次按照上述方式执行,……;
利用Unet神经网络算法,对所述分段掩码M2执行第m+1层卷积操作,得到第m+1层对应的分段掩码M(m+1),其中,m为大于2的自然数;
利用Unet神经网络算法,对所述分段掩码M(m+1)执行第n层卷积操作,得到第n层对应的分段掩码Mn,其中,n为大于m+1的自然数,且(n-m)满足大于等于2。
较优地,所述分段掩码与卷积操作对应的卷积层值之间满足:
所述卷积层值从1至n/2,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐减小;
所述卷积层值从n/2至n,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐增加;
其中,当所述卷积层值为n/2时,所述分段掩码对应的矩阵行或列数值最小。
需要说明的是,执行卷积操作的层数可以根据实际需要确定,也可以根据实验数据确定,这里不做具体限定。
在本申请实施例中,卷积操作可以是利用编码器实现的,也可以是利用解码器实现的;以执行8次卷积操作(即n=8)为例详细说明得到的分段掩码。
图2为本申请实施例提供的得到分段掩码的结构示意图。
假设本申请实施例中待处理的3D核磁共振影像为320*320*24,将320*320*24的3D核磁共振影像输入编码器1(该编码器1可以称之为第一层)执行卷积操作,得到的分段掩码为320*320*24,即M1=320*320*24;
将得到的320*320*24输入编码器2(该编码器2可以称之为第二层)执行卷积操作,得到的分段掩码为160*160*12,即M2=160*160*12;
将得到的160*160*12输入编码器3(该编码器3可以称之为第三层)执行卷积操作,得到的分段掩码为80*80*12,即M3=80*80*12;
将得到的80*80*12输入编码器4(该编码器4可以称之为第四层)执行卷积操作,得到的分段掩码为40*40*12,即M4=40*40*12;
将得到的40*40*12输入解码器1(该解码器1可以称之为第五层)执行卷积操作,得到的分段掩码为80*80*12,即M5=80*80*12;
将得到的80*80*12输入解码器2(该解码器2可以称之为第六层)执行卷积操作,得到的分段掩码为160*160*12,即M6=160*160*12;
将得到的160*160*12输入解码器3(该解码器3可以称之为第七层)执行卷积操作,得到的分段掩码为320*320*24,即M7=320*320*24;
将得到的320*320*24输入解码器4(该解码器4可以称之为第八层)执行卷积操作,得到的分段掩码为320*320*24,即M8=320*320*24。
这样可以得到每层卷积编码对应的分段掩码。
较优地,在基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作之前,所述方法还包括:
按照不同所述分段掩码的生成时间的先后顺序,对所述分段掩码进行排序。
具体地,将所述卷积层值从n/2至n分别对应的分段掩码,按照卷积层值从大到小的顺序进行排列,得到排序结果。
以图2中所示的内容为例,将卷积层值从4至8分别对应的分段掩码,按照卷积层值从大到小的顺序进行排列,得到的排序结果为:【8,320*320*24】、【7,320*320*24】、【6,160*160*12】、【5,80*80*12】、【4,40*40*12】。
较优地,在得到分段掩码的情况下,所述方法还包括:
输出本轮分段掩码生成过程的最小化分段损失参数,该最小化分段损失参数用于调整分段模型训练参数,使得下一轮生成的分段掩码精度更高。
具体地,最小化分段损失参数LSEG可以表示为:
其中,LSEG为分段掩码生成过程的最小化分段损失参数;ωc为通道c的训练标度,取值范围为【0,1】;gc SEG(x)为二元掩码模型;为软预测掩码模型。
步骤102:基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。
在本申请实施例中,基于第二神经网络算法和所述排序结果对应的所述分段掩码,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到卷积结果;根据所述卷积结果对脑部异常进行识别和分类。
具体地,基于第二神经网络算法和第n层对应的分段掩码Mn,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到第一卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-1层对应的分段掩码Mn-1,对所述第一卷积结果执行卷积操作,得到第二卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-m层对应的分段掩码Mn-m,对所述第m-1卷积结果执行卷积操作,得到第m卷积结果,其中,m为大于等于n/2的自然数。
图3为本申请实施例提供的脑部异常分类处理的流程示意图。
假设本申请实施例中待处理的3D核磁共振影像为320*320*24,以图2所示的得到的分段掩码为例进行说明。
将待处理的3D核磁共振影像为320*320*24和第8层处理得到的分段掩码320*320*24输入至解码器执行卷积操作,得到第一卷积结果;
将第一卷积结果和第7层处理得到的分段掩码320*320*24输入至解码器执行卷积操作,得到第二卷积结果;
将第二卷积结果和第6层处理得到的分段掩码160*160*12输入至解码器执行卷积操作,得到第三卷积结果;
将第三卷积结果和第5层处理得到的分段掩码80*80*12输入至解码器执行卷积操作,得到第四卷积结果;
将第四卷积结果和第4层处理得到的分段掩码40*40*12输入至解码器执行卷积操作,得到第五卷积结果。
较优地,根据所述第m卷积结果对脑部异常进行识别和分类。
具体地,在本申请实施例中,可以根据第五卷积结果对脑部异常进行分类;
还可以根据第一卷积结果、第二卷积结果、第三卷积结果、第四卷积结果和第五卷积结果,对脑部异常进行分类。
较优地,在得到分类结果的情况下,所述方法还包括:
输出本轮分类结果生成过程的最小化分类损失参数,该最小化分类损失参数用于调整分类模型训练参数,使得下一轮生成的分类结果精度更高。
具体地,最小化分类损失参数LCLS可以表示为:
其中,LCLS为分类结果生成过程的最小化分段损失参数;gi CLS(x)为二元掩码模型;为软预测掩码模型;i为第i次卷积操作。
通过本申请实施例提供的技术方案,接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;进而基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。本申请实施例借助人工智能和大数据处理技术,通过训练核磁共振影像的识别模型,能够对接收到的核磁共振影像中出现的脑部异常进行分类,有效提升了脑部异常的分类精度,进而提高了基于核磁共振影像对脑部异常的诊断精度。
基于同一个发明构思,图4为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类设备的结构示意图。所述分类设备包括至少一个处理器401及存储器402,所述存储器402存储有程序,并且被配置成由所述至少一个处理器401执行以下步骤:
接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;
基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
基于Unet神经网络算法,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,分别得到每次卷积操作对应的分段掩码。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行第1层卷积操作,得到第1层对应的分段掩码M1;
对所述分段掩码M1执行第2层卷积操作,得到第2层对应的分段掩码M2;
对所述分段掩码M2执行第m+1层卷积操作,得到第m+1层对应的分段掩码M(m+1),其中,m为大于2的自然数;
对所述分段掩码Mm+1执行第n层卷积操作,得到第n层对应的分段掩码Mn;
其中,n为大于m+1的自然数。
其中,所述分段掩码与卷积操作对应的卷积层值之间满足:
所述卷积层值从1至n/2,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐减小;
所述卷积层值从n/2至n,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐增加;
其中,当所述卷积层值为n/2时,所述分段掩码对应的矩阵行或列数值最小。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
在基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作之前,按照不同所述分段掩码的生成时间的先后顺序,对所述分段掩码进行排序。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
将所述卷积层值从n/2至n分别对应的分段掩码,按照卷积层值从大到小的顺序进行排列,得到排序结果。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
基于第二神经网络算法和所述排序结果对应的所述分段掩码,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到卷积结果;
根据所述卷积结果对脑部异常进行识别和分类。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
基于第二神经网络算法和第n层对应的分段掩码Mn,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到第一卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-1层对应的分段掩码Mn-1,对所述第一卷积结果执行卷积操作,得到第二卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-m层对应的分段掩码Mn-m,对所述第m-1卷积结果执行卷积操作,得到第m卷积结果,其中,m为大于等于n/2的自然数。
在本申请的另一个实施例中,所述处理器401还执行以下步骤:
根据所述第m卷积结果对脑部异常进行分类,得到分类结果。
需要说明的是,本申请实施例提供的脑部异常分类设备可以通过软件方式实现,也可以通过硬件方式实现,这里不做具体限定。本申请实施例中记载的处理器可以是中央处理器,还可以是其他控制器,这里不做具体限定。
图5为本申请实施例提供的一种基于3D核磁共振影像的脑部异常的分类设备的结构示意图,所述分类设备包括:分段组件501和分类组件502,其中:
所述分段组件501,用于接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码,并将所述分段掩码发送给分类组件;
所述分类组件502,用于接收所述待处理的3D核磁共振影像和所述分段掩码,基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。
在本申请的另一个实施例中,所述分段组件501,具体用于基于Unet神经网络算法,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,分别得到每次卷积操作对应的分段掩码。
在本申请的另一个实施例中,所述分段组件501,具体用于按照以下方式对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作:
对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行第1层卷积操作,得到第1层对应的分段掩码M1;
对所述分段掩码M1执行第2层卷积操作,得到第2层对应的分段掩码M2;
对所述分段掩码M2执行第m+1层卷积操作,得到第m+1层对应的分段掩码M(m+1);其中,m为大于2的自然数;
对所述分段掩码Mm+1执行第n层卷积操作,得到第n层对应的分段掩码Mn;其中,n为大于m+1的自然数。
在本申请的另一个实施例中,所述分段组件501,还用于按照不同所述分段掩码的生成时间的先后顺序,对所述分段掩码进行排序,并按照排序结果将所述分段掩码发送给所述分类组件。
在本申请的另一个实施例中,所述分段掩码与卷积操作对应的卷积层值之间满足:
所述卷积层值从1至n/2,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐减小;
所述卷积层值从n/2至n,每层对应的所述分段掩码的矩阵行或列数值逐渐增加;
其中,当所述卷积层值为n/2时,所述分段掩码对应的矩阵行或列数值最小。
在本申请的另一个实施例中,所述分段组件501,具体用于将所述卷积层值从n/2至n分别对应的分段掩码,按照卷积层值从大到小的顺序排列,将排列结果发送给所述分类组件。
在本申请的另一个实施例中,所述分类组件502,具体用于基于第二神经网络算法和各层对应的分段掩码,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到卷积结果;根据所述卷积结果对脑部异常进行识别和分类。
在本申请的另一个实施例中,所述分类组件502,具体用于按照以下方式对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作:
基于第二神经网络算法和第n层对应的分段掩码Mn,对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到第一卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-1层对应的分段掩码Mn-1,对所述第一卷积结果执行卷积操作,得到第二卷积结果;
基于第二神经网络算法和第n-m层对应的分段掩码Mn-m,对所述第m-1卷积结果执行卷积操作,得到第m卷积结果,其中,m为大于等于n/2的自然数。
在本申请的另一个实施例中,所述分类组件502,具体用于根据所述第m卷积结果对脑部异常进行识别和分类。
需要说明的是,本申请实施例提供的分类设备可以通过软件方式实现,也可以通过硬件方式实现,这里不做具体限定。分类设备接收待处理的3D核磁共振影像,基于第一神经网络算法对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行卷积操作,得到分段掩码;进而基于第二神经网络算法和所述分段掩码对所述3D核磁共振影像对应的影像序列执行分类操作,得到脑部异常分类结果。本申请实施例借助人工智能和大数据处理技术,通过训练核磁共振影像的识别模型,能够对接收到的核磁共振影像中出现的脑部异常进行分类,有效提升了脑部异常的分类精度,进而提高了基于核磁共振影像对脑部异常的诊断精度。
本领域的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。