课题基金 / 基金详情

角膜神经图像中的自动检测与疾病分析技术研究

批准号:
62103398
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张炯
学科分类:
生物、医学信息系统与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张炯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
研究表明,多种眼科疾病和慢性疾病都会损伤角膜神经网络且引起其病理形态的变化。因此,角膜神经的几何和拓扑自动量化分析,对多种眼科及全身性疾病的筛查、诊断和评估至关重要。现有方法存在多方面挑战:图像对比度低,光照不均衡,导致图片可读性差;细微神经连通性差、拓扑信息缺失,导致难以对神经形态进行自动提取和个体化分析;基于人工标注的形态分析存在主观性强和效率低的特点。如何在理论模型和关键技术上实现神经结构精准提取和拓扑信息获取,是突破角膜神经形态分析局限的关键科学问题。本项目以上这些问题,拟开展以下研究:1、以图像增强为手段,研究基于注意力机制机制的神经结构自动分割方法,提升细微和非连续神经的分割准确性;2、研究优势集聚类方法,将神经结构的连接关系转为聚类问题,实现角膜神经网络拓扑结构建立; 3、研究角膜神经弯曲度语义特征提取方法,现对角膜神经弯曲度自动评估,增强自动评估模型的精度和可解释性。
英文摘要
Precise characterization and analysis of corneal nerve fibre are of great importance in facilitating examination and diagnosis of many eye-related diseases. Recent clinical researches suggest that the fibre tortuosity changes might associate with a number of diseases. This calls for precise fibres tracing and their tortuosity description. Existing automated methods are often problematic due to poor contrast, imaging noise and fragmentation of fibers caused by imperfect focusing. To address these problems, in this proposal, we propose a fully automated framework for corneal nerve analysis, consisting of image enhancement, fibre detection, topology estimation, and tortuosity level classification. We first use the Retinex theory to correct the imaging illumination, then introduce a curvilinear structure attention network to extract the nerve fibre, and the dominant set clustering is utilized to estimate the topology of this fires, finally the tortuosity level of each image is obtained by using fuzzy rough model. This framework will become a powerful tool for management of a wide spectrum of nerve-related diseases.
根据制定的研究计划和目标,本项目首先提出了一种针对角膜神经图像的增强模型。通过优化目标函数并改进梯度策略,该模型显著提升了低对比度区域的细节表现力。同时,基于正则化的噪声控制与交替方向乘子法的优化,进一步提高了模型的稳健性和输出图像的质量。在此基础上,设计了一种角膜神经分割模型,成功解决了角膜神经分割过程中常见的连续性差和易断裂问题。此外,本项目结合对比学习策略,提出了一种多类别分割框架,实现了对IVCM图像中神经和细胞的联合分割,成功提取了神经结构和树突细胞。随后,针对医学图像中普遍存在的伪影和噪声问题,项目提出了一种不确定性估计优化算法。在此框架下,进一步研究了基于风格一致性对齐的多中心、多设备曲线结构分割算法。最后,项目提出了一种基于优势集聚类理论的神经结构拓扑信息获取算法,并研究了基于方向分数的曲线结构曲率计算与几何分析方法,最终实现了基于深度学习的双阶段角膜神经弯曲度分级。项目成果显著,共发表学术论文14篇,其中包括10篇国际SCI期刊论文和4篇国际权威会议论文;申请发明专利4项,其中3项已获授权;培养了2名在读博士研究生和9名毕业硕士研究生。课题组全面按照计划完成了研究内容,实现了研究目标并达到了预期成果。本项目的研究为角膜共聚焦显微镜图像增强及其临床应用与分析提供了新的理论基础和技术支持。
眼底OCTA图像的微血管三维重建及形变分析
眼科OCTA图像的微血管三维重建及疾病诊断技术研究
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