面向小动物影像的小鼠全身数字图谱配准算法研究

批准号:
61571076
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
王洪凯
依托单位:
学科分类:
F0125.医学信息检测与处理
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
Arion F. Chatziioannou、陈宗正、胡如雪、史益新、高争鸣
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中文摘要
小动物医学成像的快速发展为自动化影像分析提出了迫切需求。数字化小动物图谱与个体影像的配准是自动化图像分析的重要方法,但是不同动物个体之间存在着形态上的差异,不同的影像模式也有着各自的图像特征,这两个问题给图谱的自动精确配准带来了困难。本课题旨在研究一种小鼠全身数字图谱与不同小鼠影像模式之间的自动配准算法,采用近期构建的可变形小鼠全身图谱作为模板,通过优化图谱的骨骼姿态、身长、体重等参数来弥补图谱与个体之间的形态差异。为实现图谱与CT、MRI、PET、SPECT、光学照片、X光投影、体表扫描影像等模式的自动配准,本研究将不同影像模式按照空间维度分类,针对每一种维度设计配准方法,用低维度配准结果作为高维度配准的初始化条件以增强全身姿态配准的鲁棒性,并用低维度的图谱配准结果作为先验知识,辅助对三维图像中高对比器官的自动分割。本研究将为生物医学领域的小动物影像分析提供有利的算法支持。
英文摘要
Due to the fast development of high-throughput small animal imaging techniques, automated analysis of small animal images has become an urgent need. Automated registration of digital animal atlas to individual image is a widely-used method for small animal image analysis. However, because of the anatomical differences between individual subjects and the variety of image features between different imaging modalities, accurate registration of the animal atlas remains a challenging problem. This study aims at developing an automated atlas registration method for various preclinical mice imaging modalities, it will use a recently developed deformable mouse atlas to compensate for the anatomical differences of body posture, size and weight. To register this atlas to various modalities including CT, MRI, PET, SPECT, optical imaging, X-ray projection and surface scan, we classify these modalities according to their spatial dimension, and design dedicated registration scheme for each dimension. Moreover, atlas registration results of lower dimension will be used to initialize the registration of higher dimension. We also propose a method for automatically segmenting the high-contrast organs from three dimensional mice images using the registered atlas as prior information. This study will provide algorithm support for preclinical small animal image analysis.
小鼠医学影像在临床前的疾病研究、药物研发等领域有着广泛的应用。在小鼠医学影像分析过程中,全身器官区域的分割常被用于测量器官代谢和形态变化。但是,手工器官分割耗时费力且客观性差,急需自动化的算法来提高分割速度和客观性。本项目基于课题组前期构建的可变形小鼠全身数字图谱,进一步开发了适用于不同影像模式、成像质量、身体姿态的小鼠全身图谱配准算法,可自动实现小鼠医学影像中的全身器官区域划分,为相关的研究机构和企业提供有利的软件工具。课题组针对实际应用场景中不同的图像采集质量开发了不同的图谱配准算法,包括用于高清晰度图像的基于器官分割的配准方法,用于低清晰度图像的无须器官分割的配准方法,用于姿态变化较大样本的基于骨关节点检测的配准方法,以及用于低对比度CT图像的深度学习模糊器官区域估计算法。基于本研究的成果,课题组进一步研发了小鼠PET成像设的备校准体模,用于改善小鼠成像质量,使图谱配准算法更好发挥作用。该图谱配准算法还被用于鼠脑感兴趣区域的划分,实现了甲减鼠和正常鼠的脑网络构建与对比。本项目所开发算法已开源供全世界下载使用,并实现了算法成果的产业化,为相关企业提供每天上百例的自动化小鼠PET/CT影像数据分析服务。截止项目结题,课题组基于研究成果已与世界多家顶尖高校和企业开展了合作。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1364/boe.9.003544
发表时间:2018-07
期刊:Biomedical optics express
影响因子:3.4
作者:Bin Zhang;Wanzhou Yin;Hao Liu;Xu Cao;Hongkai Wang
通讯作者:Bin Zhang;Wanzhou Yin;Hao Liu;Xu Cao;Hongkai Wang
Deformable torso phantoms of Chinese adults for personalized anatomy modelling
中国成人可变形躯干模型,用于个性化解剖建模
DOI:10.1111/joa.12815
发表时间:2018
期刊:Journal of Anatomy
影响因子:2.4
作者:Wang Hongkai;Sun Xiaobang;Wu Tongning;Li Congsheng;Chen Zhonghua;Liao Meiying;Li Mengci;Yan Wen;Huang Hui;Yang Jia;Tan Ziyu;Hui Libo;Liu Yue;Pan Hang;Qu Yue;Chen Zhaofeng;Tan Liwen;Yu Lijuan;Shi Hongcheng;Huo Li;Zhang Yanjun;Tang Xin;Zhang Shaoxiang;Liu C
通讯作者:Liu C
DOI:10.4103/digm.digm_1_19
发表时间:2019
期刊:Digital Medicine
影响因子:--
作者:Hongkai Wang;Xinlei Ma;Haoyu Zhai;Yuhao Liao;Yi Wu;Na Chen;Shaoxiang Zhang;Bin Zhang
通讯作者:Hongkai Wang;Xinlei Ma;Haoyu Zhai;Yuhao Liao;Yi Wu;Na Chen;Shaoxiang Zhang;Bin Zhang
DOI:10.1007/s11307-018-1182-2
发表时间:2018-03
期刊:Molecular Imaging and Biology
影响因子:3.1
作者:Hongkai Wang;Ziyu Tan;Q. Zheng;Jing Yu
通讯作者:Hongkai Wang;Ziyu Tan;Q. Zheng;Jing Yu
Prediction of major torso organs in low-contrast micro-CT images of mice using a two-stage deeply supervised fully convolutional network
使用两级深度监督全卷积网络预测小鼠低对比度显微 CT 图像中的主要躯干器官
DOI:10.1088/1361-6560/ab59a4
发表时间:2019-12-01
期刊:PHYSICS IN MEDICINE AND BIOLOGY
影响因子:3.5
作者:Wang,Hongkai;Han,Ye;Zhang,Bin
通讯作者:Zhang,Bin
中国人群18F-FDG PET/CT全身影像图谱的构建及配准方法研究
- 批准号:81971693
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:王洪凯
- 依托单位:
构建多样本可变形中国人数字解剖图谱的可行性研究
- 批准号:81401475
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:王洪凯
- 依托单位:
国内基金
海外基金
