CN113269747B - 一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法及系统，属于病理诊断技术领域，该方法利用深度学习建立的检测模型实现肝癌扩散检测，包括以下步骤：将数字病理切片图像的血管进行标注；在标注区域的不同倍率下进行滑动切割，所述滑动切割用于将标注区域划分成若干个小区域；将不同倍率下的切割图像输入到由深度学习建立的检测模型中检测血管是否为肝癌扩散血管，所述检测模型通过对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示。通过深度学习技术可以直接端到端检测出癌症扩散的血管区域，大大减轻了医生的工作量，并且提高了检测的准确度。

Description

一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法及系统
技术领域
本发明属于病理诊断技术领域，具体涉及一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法及系统。
背景技术
数字病理全切片，是利用数字扫描仪对传统的病理切片进行扫描，采集的数字图像具备高分辨率，在通过计算机将碎片化的图像进行拼接，进行可视化，解决了传统玻璃切片易褪色、易丢失、易损坏、检索困难的问题。病理切片广泛应用于各类疾病的诊断，如乳腺癌，肝癌，胃癌等的诊断。
近年来随着人工智能和大数据等技术的快速发展，深度学习技术已经广泛应用于病理图像，现有的深度学习技术只能对于癌症区域进行检测，由于病理切片癌症区域与正常区域特征的不同还是很明显的，所以可以轻易检测，但是对于癌症在血管中的扩散变无法精确的确定区域，如果人工查看癌症是否扩散到血管中，增加了医生的工作量，也容易出现检测误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法投入使用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法，该方法利用深度学习建立的检测模型实现肝癌扩散检测，包括以下步骤：
将数字病理切片图像的血管进行标注；
在标注区域的不同倍率下进行滑动切割，所述滑动切割用于将标注区域划分成若干个小区域；
将不同倍率下的切割图像输入到由深度学习建立的检测模型中检测血管是否为肝癌扩散血管，所述检测模型通过对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；
将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示。
优选的，所述滑动切割的切割方法包括：
在最高倍率下统计血管标注区域的直径大小，以此为不同倍率下最终的图像切割大小；
沿着横向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，水平滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一；
沿着纵向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，纵向滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一。
优选的，所述深度学习建立检测模型的方法包括：
在不同图像细粒度上级联图像的特征；
将图像特征传递到预测层，首先进行下采样，模型的depth不断加深，weight和height不断缩小，然后进行上采样，并在上采样的过程中与下采样weight和height相同的时候进行级联，将低层的特征和高层的特征进行融合，提高模型的分类和位置准确度；
对图像进行预测，输出检测框的位置(Xleft，Ytop，Width，Height)和分类类别，即检测出血管的位置坐标，并判断其为正常血管还是带有肝癌扩散的血管区域。
优选的，所述模型的损失函数包括两个部分，检测框置信度，检测框的位置损失，以及分类损失，其中置信度为Lconf，代表检测框是否为血管的概率，计算公式为：
Figure BDA0003080357370000031
位置框的损失函数为Lloc,表示其位置与实际标签的位置差，其计算公式为：
Lloc＝-log(IOU)
其中
Figure BDA0003080357370000032
A表示为预测的x,y,w,h计算得到的面积，B由ground true计算得到的目标的面积；
而Lclass为检测框的分类损失：
Figure BDA0003080357370000033
所以整体的损失函数L为：
L＝Lconf+Lloc+λLclass
λ为权衡系数，取0.8。
优选的，所述检测结果通过非极大值抑制筛选出最终的检测区域。
一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测系统，包括：
标注单元，用于对数字病理切片图像上的血管进行标注，使其形成标注区域；
图像切割单元，用于对标注区域的不同倍率下的图像进行滑动切割，使所述标注区域划分成若干个小区；
检测单元，用于对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；
展示单元，用于将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示。
本发明的技术效果和优点：通过机器深度学习建立检测模型，而且检测模型的输入的图像是通过对原始数字病理切片图像进行不同倍率下的滑动切割所得，根据倍率不同检测到的扩散肝癌的像素点的坐标也更加精确，可准确的检测出肝癌扩散的血管的区域，从而可以直接端到端检测出癌症扩散的血管区域，大大减轻了医生的工作量，并且提高了检测的准确度。
附图说明
图1为本发明的肝癌扩散检测方法流程图；
图2为本发明的滑动切割的切割方法流程图；
图3为本发明的原始数字病历切片的图像示意图。
图4为本发明的滑动切割的图像示意图。
图5为本发明的检测结果展示示意图。
图6为本发明的肝癌扩散检测系统组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法，该方法利用深度学习建立的检测模型实现肝癌扩散检测，包括以下步骤：
S1、将数字病理切片图像的血管进行标注，标注是为了方便识别出图像中的血管，血管分为两类，一类为正常血管，另一类为带有肝癌细胞扩散的血管，如图3所示，原始的数字病理切片图像中的深色的弯曲线条便是血管。
S2、在标注区域的不同倍率下进行滑动切割，所述滑动切割用于将标注区域划分成若干个小区域，如图2所示，所述滑动切割的切割方法包括：
S201、在最高倍率下统计血管标注区域的直径大小，以此为不同倍率下最终的图像切割大小，根据倍率的不同，血管显示出来的区域面积也不同，放大倍率越高，则血管的边缘便更加容易缺定，因此多倍率可以使肝癌扩散的血管区域检测更加的精确；
S202、沿着横向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，水平滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一，通过每次移动三分之一的距离，使第二次切割的图像包括第一切割图像的三分之二的内容，使每个切割图像之间存在联系性，如图4所示，切割图像中的画面依次连续的移动，组合在一起可以展示完整的被切割图像，不易出现断点；
S203、沿着纵向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，纵向滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一，通过横向滑动切割和纵向滑动切割相互配合，可避免存在血管的区域遗漏。
S3、将不同倍率下的切割图像输入到由深度学习建立的检测模型中检测血管是否为肝癌扩散血管，所述检测模型通过对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；所述深度学习建立检测模型的方法包括：
在不同图像细粒度上级联图像的特征；
将图像特征传递到预测层，首先进行下采样，模型的depth不断加深，weight和height不断缩小，然后进行上采样，并在上采样的过程中与下采样weight和height相同的时候进行级联，将低层的特征和高层的特征进行融合，提高模型的分类和位置准确度；
对图像进行预测，输出检测框的位置(Xleft，Ytop，Width，Height)和分类类别，即检测出血管的位置坐标，并判断其为正常血管还是带有肝癌扩散的血管区域。所述检测结果通过非极大值抑制筛选出最终的检测区域，检测出来的区域转换到原始的病理切割图像上，由于是在不同倍率下滑动切割出来的图像，即一个目标区域会有多个不同的表示，检测结果会有重复，使用非极大值抑制筛选出最终的检测区域，将最终的结果展示在原始的病理切片图像上，供医生查看，非最大抑制是边缘细化技术，将当前像素的边缘强度与正梯度方向和负梯度方向上的像素的边缘强度进行比较，如果当前像素的边缘强度与具有相同方向的掩模中的其他像素相比是最大的，该值将被保留。否则，该值将被抑制。
所述模型的损失函数包括两个部分，检测框置信度，检测框的位置损失，以及分类损失，其中置信度为Lconf，代表检测框是否为血管的概率，计算公式为：
Figure BDA0003080357370000071
位置框的损失函数为Lloc,表示其位置与实际标签的位置差，其计算公式为：
Lloc＝-log(IOU)
其中
Figure BDA0003080357370000072
A表示为预测的x,y,w,h计算得到的面积，B由ground true计算得到的目标的面积；
而Lclass为检测框的分类损失：
Figure BDA0003080357370000073
所以整体的损失函数L为：
L＝Lconf+Lloc+λLclass
λ为权衡系数，取0.8。
S4、将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示，展示结果如图5所示，可看到血管被矩形框标记，而框中带有密集点的为癌细胞扩散的血管，可方便医生查看。
如图6所示，一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测系统，包括：
标注单元，用于对数字病理切片图像上的血管进行标注，使其形成标注区域；
图像切割单元，用于对标注区域的不同倍率下的图像进行滑动切割，使所述标注区域划分成若干个小区；
检测单元，用于对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；
展示单元，用于将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于深度学习的病理图片肝癌扩散检测方法，该方法利用深度学习建立的检测模型实现肝癌扩散检测，其特征在于：包括以下步骤：
将数字病理切片图像的血管进行标注；
在标注区域的不同倍率下进行滑动切割，所述滑动切割用于将标注区域划分成若干个小区域；所述滑动切割的切割方法包括：
在最高倍率下统计血管标注区域的直径大小，以此为不同倍率下最终的图像切割大小；
沿着横向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，水平滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一；
沿着纵向方向进行滑动切割，切割获得的图像是以标注区域直径大小相同的矩形图像，纵向滑动的距离是标注区域直径大小的三分之一；
将不同倍率下的切割图像输入到由深度学习建立的检测模型中检测血管是否为肝癌扩散血管，所述检测模型通过对图像进行特征提取，检测出血管内是否包含癌细胞像素点；
将检测的血管结果在原始数字病理切片图像上进行图像化展示；
所述深度学习建立检测模型的方法包括：
在不同图像细粒度上级联图像的特征；
将图像特征传递到预测层，首先进行下采样，模型的depth不断加深，weight和 height不断缩小，然后进行上采样，并在上采样的过程中与下采样weight和height相同的时候进行级联，将低层的特征和高层的特征进行融合，提高模型的分类和位置准确度；
对图像进行预测，输出检测框的位置（Xleft，Ytop，Width，Height）和分类类别，即检测出血管的位置坐标，并判断其为正常血管还是带有肝癌扩散的血管区域；
所述模型的损失函数包括三个部分，检测框置信度损失，检测框的位置损失，以及分类损失，其中置信度损失为
Figure QLYQS_1
，计算公式为：
Figure QLYQS_2
位置损失函数为
Figure QLYQS_3
,表示其位置与实际标签的位置差，其计算公式为：
Figure QLYQS_4
其中
Figure QLYQS_5
，A表示为预测的x,y,w,h计算得到的面积，B由ground true计算得到的目标的面积；
而
Figure QLYQS_6
为检测框的分类损失：
Figure QLYQS_7
所以整体的损失函数L为：
Figure QLYQS_8
Figure QLYQS_9
为权衡系数，取0.8；
所述检测结果通过非极大值抑制筛选出最终的检测区域。
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