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基于全自动乳腺容积超声成像及三维深度学习的乳腺肿瘤分割与分类模型研究与应用

批准号:
82071992
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
庄哲民
依托单位:
学科分类:
医学图像数据处理、分析与可视化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
庄哲民

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,早期诊断对疾病预后至为关键。本项目基于课题组参与研发、国内首台全自动乳腺超声容积系统和三维卷积神经网络,开展乳腺BI-RADS多级分类和分割模型与理论的研究。项目针对医学数据缺乏、乳腺病灶的复杂性及识别与分割过程中需解决的不均匀性及个体差异等一系列问题,在完成肿瘤分割、分类金标准标签设计的基础上,基于全新无监督自编码器的域对抗神经网络预训练模型和肿瘤形态学描述的多模态特征提取技术,提取肿瘤深层次特征;并基于BI-RADS设计的多级分类胶囊网络,实现肿瘤分级判别;同时,基于正则化边界辅助监督的三维分割模型,初步分割出立体的乳腺肿瘤、腺体层、脂肪层与皮下组织层,并针对分割中图像结构和局部边界缺陷,研究基于监督机制的双向卷积循环网络,以有效解决分割边缘不完整性问题。该研究丰富与完善了三维卷积网络模型的理论与方法,为乳腺肿瘤人工智能辅助诊断的研究及应用探索了新的途径。
英文摘要
Breast cancer is a great threat to women's health. Medical imaging is of great significance for early diagnosis and clinical treatment of breast cancer. Based on the first automatic breast volume ultrasound imaging system in china, which is developed by the project team, and three-dimensional convolution neural network, the project will carry out the research on multi-level recognition, classification and segmentation model and theory of breast cancer. In view of complexity of breast lesions representation and lack of medical data, as well as the non-uniformity and individual differences that need to be solved in the recognition and segmentation process, the project constructs a new unsupervised self-encoder domain adversarial training neural network pretraining model and multi-feature extraction technique for the BI-RADS tumors morphological description after completing the design of tumor segmentation and classification gold standard label, so as to extract the deep-seated features of tumors; at the same time, using the boundary regularization supervision auxiliary 3D segmentation model, the preliminary segmentation of three-dimensional breast tumor, subcutaneouly tissue layer, lacteal gland tissue layer, fat behind glandular organ will be realized; aiming at the image structure and local boundary defects in segmentation mapping, the bi-directional convolution cycle network model based on the supervision mechanism is studied to effectively solve the problem of the incompleteness of segmentation edge. This research enriches and improves the theory and method of three-dimensional convolution network model and can explore a new way for the research and application of artificial intelligence aided diagnosis of breast cancer.
乳腺癌作为威胁女性健康的头号疾病,积极进行超声影像检查,对早期诊断及指导临床治疗有着重要的意义。项目依据申报书提出的研究目标和研究内容,在企业的支持下,基于汕头市超声仪器研究所股份有限公司与本课题组合作自主研发、国内首创的全自动乳腺容积超声成像系统(ABVUS),开展了基于深度学习乳腺肿瘤识别分类和分割模型与理论的研究。在乳腺肿瘤分类模型的研究上,分别提出基于新的多视点立体注意力机制网络和共享特征和门控循环分类网络,构建了全新ABVUS乳腺肿瘤识别分类模型,以提取乳腺肿瘤的深层次特征,实现了乳腺肿瘤的判别分类;在超声乳腺肿瘤分割模型的研究上,分别提出基于新的条件型分割网络、协调训练多尺度残差融合分割网络,构建全新的ABVUS乳腺肿瘤分割模型究,有效地解决了分割乳腺肿瘤边缘分割不完整性的问题;同时,针对乳腺肿瘤的临床需求,开展了基于深度学习的乳腺肿瘤活检穿刺针实例分割算法模型的研究,实现对穿刺针体素的追踪与识别;为使得深度学习模型的具有实用性,并用于实际超声仪器系统,开展了基于结构优化的按列反卷积FPGA加速器的设计,在硬件层面实现了卷积算法的高效运算。.项目的研究达到了相关研究目标,取得了一系列成果,已培养硕士研究生13人,博士生2人,发表论文15篇,其中SCI论文14篇(SCI论文中中科院1区论文3篇,中科院2区论文7篇),申请发明专利1项,部分研究内容作为“乳腺与妇产超声优质成像关键技术研究及产业化”成果中的重要部分,在2021年通过了广东省生物医学学会组织的鉴定,专家组认为该成果达到了国际先进水平,成果中开发的Apogee系列和自动全容积成像乳腺成像系统系列产品销售5.3亿元,创利税1.8亿元,出口创汇1960万美元,取得很好的经济效益。这些研究进展与成果,为人工智能技术在女性乳腺筛查上的研究探索全新的思路与途径,不仅具有非常重要的理论和临床应用研究价值,而且具有重要的社会意义和广阔的应用前景。
基于深度学习和血流非线性动力学模型 的超声心脏功能评估研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    庄哲民
  • 依托单位:
基于无线传感网络的建筑火灾耦合映像格子模型研究与应用
  • 批准号:
    61471228
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    庄哲民
  • 依托单位:
基于无线传感网络的早期火灾信息分布式压缩感知识别
  • 批准号:
    61070152
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    33.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    庄哲民
  • 依托单位:
国内基金
海外基金