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深度學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)斑塊全自動識別與分類,PlaqueView提供技術(shù)支持


MRI-PlqueView支持的相關(guān)研究文獻(xiàn)可參考往期推文:


2025年6月,中南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在Frontiers in Medicine發(fā)文,介紹了一項(xiàng)基于深度學(xué)習(xí)的斑塊自動分割和分類技術(shù)的研究,該研究使用Plaque View軟件分析斑塊特征,確定斑塊性質(zhì),原文簡要翻譯如下(原文鏈接:https://www.frontiersin.org/journals/medicine/articles/10.3389/fmed.2025.1502830/full)
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背景準(zhǔn)確識別和分類頸動脈斑塊對于腦卒中風(fēng)險(xiǎn)評估至關(guān)重要,但傳統(tǒng)方法依賴人工判讀,存在操作者差異大等問題,限制了臨床實(shí)用性


方法本研究使用的數(shù)據(jù)集來源于中南大學(xué)湘雅醫(yī)院,包含106位具有動脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的患者M(jìn)RI影像(包括穩(wěn)定型與易損型頸動脈斑塊),共提取610張樣本圖像。所有圖像均由經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科專家進(jìn)行標(biāo)注,并使用Plaque View軟件分析斑塊特征,確定斑塊性質(zhì)(穩(wěn)定 vs. 易損)。

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本研究中提出的框架由兩個部分組成:

第一部分使用斑塊紋理分析軟件(PTAS進(jìn)行人工斑塊分割,用于追蹤頸動脈中感興趣區(qū)域(ROI);隨后,采用Mask R-CNN實(shí)現(xiàn)頸動脈斑塊的自動分割。

第二部分則使用13層傳統(tǒng)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)Inception V3模型,對MRI圖像中的頸動脈斑塊進(jìn)行訓(xùn)練與分類,將其劃分為穩(wěn)定型易損型,以評估腦卒中風(fēng)險(xiǎn)。基于以下4個參數(shù),比較不同模型在斑塊分類的表現(xiàn):

  • Dice相似系數(shù)(Dice Similarity Coefficient, DSC):衡量預(yù)測區(qū)域與真實(shí)區(qū)域的重合程度,常用于醫(yī)學(xué)圖像分割;

  • 交并比(Intersection over Union, IoU):計(jì)算預(yù)測與實(shí)際區(qū)域重疊部分在總聯(lián)合區(qū)域中的比例;

  • 準(zhǔn)確率(Accuracy):衡量模型在分類任務(wù)中預(yù)測正確的樣本占總樣本的比例;

  • ROC曲線下面積(ROC-AUC):評估分類器區(qū)分不同類別(如易損型 vs 穩(wěn)定型斑塊)的能力,數(shù)值越接近1,模型表現(xiàn)越好。


整個研究采用的數(shù)據(jù)詳情如下:

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結(jié)果Mask R-CNN 在斑塊復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)下依然獲得了較高的平均 DSC/IoU。自定義CNN的分類準(zhǔn)確率和ROC AUC表現(xiàn)優(yōu)于Inception V,并顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法,特別是在識別高危斑塊方面表現(xiàn)出更強(qiáng)判別力。


結(jié)論本研究建立了一個全自動分割與斑塊分類的深度學(xué)習(xí)框架,實(shí)現(xiàn)了全自動化的斑塊識別與風(fēng)險(xiǎn)評估流程,顯著減少人工依賴與觀察者偏差。其出色的ROC-AUC與分類準(zhǔn)確率顯示出其作為AI輔助診斷工具的臨床應(yīng)用潛力,有望推進(jìn)腦血管疾病的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動型管理。

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