寧波材料所在光學(xué)相干斷層掃描血管造影圖像分析方面取得進(jìn)展
目前在醫(yī)學(xué)圖像及計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，尚未有公開(kāi)的帶有專(zhuān)家標(biāo)注的OCTA血管分割數(shù)據(jù)集。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬慈溪醫(yī)工所的趙一天團(tuán)隊(duì)，與英國(guó)利物浦大學(xué)及國(guó)內(nèi)多家科研及臨床機(jī)構(gòu)合作，建立了目前領(lǐng)域內(nèi)首個(gè)眼科OCTA血管分割數(shù)據(jù)集（ROSE）。該數(shù)據(jù)集包含了視網(wǎng)膜微血管網(wǎng)絡(luò)的精確手工標(biāo)注（含中心線(xiàn)標(biāo)注和像素級(jí)標(biāo)注）以促進(jìn)該領(lǐng)域的相關(guān)研究。ROSE數(shù)據(jù)集共包含了229張OCTA圖像，包括了SVC、DVC以及內(nèi)層視網(wǎng)膜血管叢（SVC+DVC）的en face圖像。這批數(shù)據(jù)分別由RTVue XR Avanti SD-OCT系統(tǒng)（美國(guó)Optovue公司）和Heidelberg Spectralis OCT2系統(tǒng)（德國(guó)海德堡公司）采集，掃描區(qū)域?yàn)橐渣S斑中央凹為中心的3×3mm2的區(qū)域。資深圖像專(zhuān)家和臨床醫(yī)生制定統(tǒng)一的手工標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)，并共同完成了兩種不同類(lèi)型的血管標(biāo)注：中心線(xiàn)級(jí)標(biāo)注和像素級(jí)標(biāo)注（如圖2）。
此外，研究人員還提出了一種由粗到細(xì)的雙階段血管分割網(wǎng)絡(luò)OCTA-Net（如圖3），用于OCTA中的血管分割提取，旨在分別檢測(cè)粗細(xì)不同尺寸的血管。首先，在粗分割階段中采用了以ResNeSt為骨干網(wǎng)絡(luò)的編碼-解碼網(wǎng)絡(luò)作為基于多分支的粗分割（SCS）模塊，用于生成血管的初步置信度圖。然后，在細(xì)分割階段中，基于多分支的細(xì)化分割（SRS）模塊根據(jù)原圖和粗分割階段的初步結(jié)果自適應(yīng)地生成聚合系數(shù)，用于對(duì)細(xì)小血管的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，以獲得更準(zhǔn)確的整體分割結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法明顯優(yōu)于其他方法，尤其是在提取高噪聲和低可見(jiàn)度的毛細(xì)血管方面的能力。
值得一提的是，ROSE數(shù)據(jù)集內(nèi)包含了健康組和患病組數(shù)據(jù)（AD、黃斑疾?。?，通過(guò)在OCTA-Net分割的結(jié)果上進(jìn)行分形維數(shù)分析（Fractal dimension analysis）發(fā)現(xiàn)，AD與健康組之間存在顯著差異，表明神經(jīng)退行性疾病可能引起了視網(wǎng)膜微血管的結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，亦或視網(wǎng)膜微血管結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化側(cè)面反映出了神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展進(jìn)程。該數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果近期發(fā)表在國(guó)際期刊IEEE Transactions on Medical Imaging。
圖1（A）眼底彩照，綠框?yàn)辄S斑區(qū)域；（B-D）不同深度的OCTA圖像
圖2 ROSE中三種血管造影圖及兩類(lèi)血管標(biāo)注示例
圖3 OCTA-Net框架圖