В данном исследовании представлен метод трехмерной (3D) реконструкции всего легкого у пациентов с ранними множественными легочными узелками. Он обеспечивает всестороннюю визуализацию распределения узелков и их взаимодействия с легочной тканью, упрощая оценку диагноза и прогноза для этих пациентов.
Для пациентов с ранними множественными легочными узелками важно с диагностической точки зрения определить пространственное распределение, размер, расположение и взаимосвязь с окружающей легочной тканью этих узелков по всему легкому. Это имеет решающее значение для выявления первичного поражения и разработки более научно обоснованных планов лечения для врачей. Однако методы распознавания образов, основанные на машинном зрении, подвержены ложноположительным и ложноотрицательным результатам и, следовательно, не могут в полной мере удовлетворить клинические требования в этом отношении. Методы визуализации, основанные на проекции максимальной интенсивности (MIP), могут лучше проиллюстрировать локальные и индивидуальные легочные узелки, но не имеют макроскопического и целостного описания распределения и пространственных особенностей множественных легочных узелков.
Поэтому в данном исследовании предлагается метод 3D-реконструкции всего легкого. Он извлекает 3D-контур легкого с помощью технологии обработки медицинских изображений на фоне всего легкого и выполняет 3D-реконструкцию легкого, легочной артерии и множественных легочных узелков в 3D-пространстве. Этот метод позволяет всесторонне отобразить пространственное распределение и рентгенологические особенности множественных узелков по всему легкому, обеспечивая простой и удобный способ оценки диагноза и прогноза множественных легочных узелков.
Ранние множественные легочные узелки, представляющие собой небольшие округлые наросты на легких, могут быть доброкачественными или злокачественными 1,2,3. Несмотря на то, что одиночные легочные узелки легче диагностировать и лечить, пациенты с ранними множественными легочными узлами сталкиваются со значительными проблемами диагностики и лечения. Для разработки эффективных планов лечения важно точно определить пространственное распределение, размер, расположение и взаимосвязь с окружающей легочной тканью этих узелковпо всему легкому 4,5. Традиционные методы диагностики имеют ограничения в точном выявлении ранних множественных легочных узелков.
Последние достижения в области технологий обработки медицинских изображений и алгоритмов машинного обучения могут повысить точность и эффективность раннего обнаружения и диагностики легочных узелков. Предложены различные подходы, такие как методы распознавания образов на основе машинного зрения и методы визуализации на основе проекции максимальной интенсивности (MIP)6,7,8,9,10. Однако эти методы страдают от таких ограничений, как ложноположительные, ложноотрицательные результаты 11,12,13,14,15 и отсутствие макроскопических и целостных описаний распределения и пространственных особенностей ранних множественных легочных узелков.
Чтобы устранить эти ограничения, в данном исследовании предлагается метод 3D-реконструкции всего легкого, который использует технологию обработки медицинских изображений для извлечения 3D-контура легкого на фоне сканирования всей грудной клетки. Затем метод выполняет 3D-реконструкцию легкого, легочной артерии и ранних множественных легочных узелков в 3D-пространстве. Такой подход позволяет получить более полное и точное представление о пространственном распределении и рентгенологических особенностях ранних множественных узелков по всему легкому.
Предлагаемый метод включает в себя несколько ключевых этапов. Во-первых, медицинские изображения импортируются в программное обеспечение для обработки 3D-изображений, и область легких извлекается с помощью метода пороговой сегментации. Впоследствии извлеченный участок легкого отделяют от окружающей грудной стенки и костных структур грудных позвонков. Ранние множественные легочные узелки и их взаимосвязь с окружающими кровеносными сосудами затем реконструируются в 3D-пространстве с использованием алгоритмов проекции максимальной интенсивности (MIP). Наконец, реконструированная 3D-модель легкого, легочной артерии и узелков демонстрируется для дальнейшего анализа.
Этот метод имеет ряд преимуществ перед существующими методами. В отличие от традиционных методов, основанных на 2D-изображениях, этот метод использует 3D-объем, чтобы обеспечить более точное и всестороннее представление ранних множественных легочных узелков. Метод также преодолевает ограничения ложноположительных и ложноотрицательных результатов, связанные с методами распознавания образов и методами визуализации MIP. Кроме того, этот метод обеспечивает макроскопическое и целостное описание распределения и пространственных особенностей ранних множественных легочных узелков, что имеет важное значение для разработки эффективных планов лечения.
Предложенный метод имеет несколько потенциальных применений в диагностике и лечении ранних множественных легочных узелков. Точная идентификация пространственного распределения и рентгенологических особенностей ранних множественных узелков может помочь в ранней диагностике и лечении рака легких. Кроме того, метод может быть использован для мониторинга прогрессирования заболевания и оценки эффективности планов лечения.
Методы распознавания образов 6,7,8, основанные на машинном зрении, показали многообещающие результаты в идентификации легочных узелков, но страдают от таких ограничений, как ложноположительные и ложноотрицательные результаты. Методы визуализации MIP, с другой стороны, обеспечивают более точное представление об отдельных узелках, но не имеют макроскопического и целостного описания распределения и пространственных особенностей ранних множественных узелков. Предлагаемый метод 3D-реконструкции всего легкого преодолевает эти ограничения и обеспечивает более точное и полное представление ранних множественных легочных узелков.
Изовоксельное преобразование16,17 относится к процессу преобразования 3D-изображений с различными размерами вокселов в 3D-изображения с одинаковыми размерами вокселов. В области обработки медицинских изображений 3D-объемы часто состоят из вокселей различных размеров, что может привести к проблемам с вычислениями и визуализацией. Целью изовоксельного преобразования является решение этих проблем путем пересчета и интерполяции вокселей в исходном 3D-объеме, в результате чего получается новое 3D-изображение с постоянными размерами вокселов. Этот метод находит применение в различных медицинских контекстах, включая регистрацию изображений, сегментацию и визуализацию. Таким образом, в данном исследовании был предложен метод 3D-реконструкции всего легкого, который использует технологию обработки медицинских изображений для извлечения 3D-контура легкого на фоне сканирования всей грудной клетки. Метод обеспечивает более точное и всестороннее представление о пространственном распределении и рентгенологических особенностях ранних множественных узелков по всему легкому. Данное исследование способствует разработке более точных и эффективных стратегий диагностики и лечения пациентов с ранними множественными легочными узелками.
В этом исследовании представлен уникальный подход к созданию полной трехмерной (3D) реконструкции всего легкого с использованием передовых методов обработки медицинских изображений для определения 3D-формы легкого в контексте полного сканирования грудной клетки. Этот метод обеспечив?…
The authors have nothing to disclose.
Эта публикация была поддержана пятой национальной программой исследований талантов в области традиционной китайской медицины, организованной Национальным управлением традиционной китайской медицины. Официальная сетевая ссылка — http://www.natcm.gov.cn/renjiaosi/zhengcewenjian/2021-11-04/23082.html.
MATLAB | MathWorks | 2022B | Computing and visualization |
Tools for Modeling | Intelligent Entropy | PulmonaryNodule V1.0 | Beijing Intelligent Entropy Science & Technology Co Ltd. Modeling for CT/MRI fusion |