一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于胸部CT的COVID‑19疾病进展评价方法及装置，对COVID‑19患者的胸部CT图像进行主观评分和手工病灶勾画，构建COVID‑19疾病进展CT图像数据集；对COVID‑19患者胸部CT图像进行预处理，预处理包括肺部自动分割、纵向配准和切片融合，并将融合后的切片图像与勾画的病灶图像进行相乘，获得融合后的病灶图像；对融合后的病灶图像分别进行方差测量和梯度图像的切比雪夫矩能量测量，得到方差测量值和切比雪夫矩能量测量值；将方差测量值归一化梯度图像的切比雪夫矩能量测量值，得到疾病进展客观分数；将影像科医生的主观分数和疾病进展客观分数进行一致性测量。本发明专利技术可以根据COVID‑19患者胸部CT自动评价疾病进展，评价结果与放射科医生的评分具有很好的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法及装置
本专利技术涉及一种评价方法，具体涉及一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法及装置。
技术介绍
冠状病毒引起的传染病被世界卫生组织称为COVID-19。其临床表现为肺炎伴发热、咳嗽、呼吸困难。COVID-19确诊的金标准是病毒核酸的实时逆转录聚合酶链反应。然而，该确诊方法具有较高的假阴性率。胸部计算机断层扫描(CT)对COVID-19的诊断具有较高的敏感性。此外，根据国家卫生委员会《新型冠状病毒性肺炎诊治方案》(第7版)，CT被认为是我国诊断、监测和评价COVID-19进展的重要工具。随着COVID-19确诊和疑似病例的爆炸性增加，由于时间紧迫，放射科医生的数量严重缺乏。因此，迫切需要对COVID-19疾病进展进行自动定量评价。COVID-19疾病进展CT图像数据集可直接用于同一患者疾病进展的检测和比较。因此首先需要构建COVID-19疾病进展CT图像数据集，在数据集的基础上，获得放射科医生的主观评分和手动勾画，为了节省医生的时间，手动绘制取最大病变的切片。虽然主观评价是一种直接可靠的方法。但CT图像的细微变化一般会被忽略，不一致的人工阅片也会影响后续治疗。客观的评价方法具有简单、实时，可重复和易集成等特点。所以研究符合主观视觉系统的客观评价方法是COVID-19疾病进展的评价的重点。据报道，磨玻璃混浊与肺实质是COVID-19的主要特征，表现为肺部密度增加的阴影区。COVID-19的CT表现呈不规则形状以不同的模糊为特征。感染区域出现的模糊表现包含不同的边缘特征，模糊会导致边缘扩展，从而影响感染区域的形状变化。切比雪夫矩是一种有效的形状表示方法，能够有效地捕捉边缘特征，由于不同的模糊程度会引起感染区切比雪夫矩值的变化，利用切比雪夫矩可以捕捉到感染区的模糊，同一患者的疾病进展过程中CT表现的特征可以用不同的感染区图像模糊度来表示。因此，需要构建一个基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价模型，可以在现实中对不同感染区图像模糊度程度进行快速地客观评价。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法及装置，利用切比雪夫矩可以有效的捕捉到感染区的模糊程度，建立一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，可以自动评价COVID-19患者胸部CT疾病进展的结果，评价结果与放射科医生的评分具有很好的一致性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，包括以下步骤：步骤一：对COVID-19患者的胸部CT图像进行主观评分和手工病灶勾画，构建COVID-19疾病进展CT图像数据集；步骤二：对COVID-19患者的胸部CT图像进行预处理，预处理包括肺部自动分割、纵向配准和切片融合，并将融合后的切片图像与勾画的病灶图像进行相乘，获得融合后的病灶图像；步骤三：对融合后的病灶图像分别进行方差测量和梯度图像的切比雪夫矩能量测量，得到方差测量值和切比雪夫矩能量测量值；步骤四：将方差测量值归一化梯度图像的切比雪夫矩能量测量值，得到疾病进展客观分数；步骤五：将影像科医生的主观分数和疾病进展客观分数进行一致性测量。进一步的，所述步骤一中，根据同一病人的病情随时间变化的原始胸部CT图像，按照累及每个肺叶的急性肺部炎性病变，由五个肺叶评分相加，累及程度分为0％、1-25％、26-50％、51-75％、76-100％，通过高级职称放射科医师对病灶进行手工勾画并给出0-5的评分，其中4-5分表示恢复健康，3-4分表示轻度，2-3分表示一般，1-2分表示严重，0-1分表示重度，放射科医师给出的平均分值作为最终主观评分。进一步的，所述步骤二中胸部CT图像的纵向配准采用对称规范化算法对每个病人随时间变化的CT图像进行纵向配准。进一步的，所述步骤二中胸部CT图像的切片融合采用导频滤波法在一次扫描中融合同一病人的每一个切片，将每个切片的信息整合到一个视觉增强的融合图像中。进一步的，所述步骤三的具体步骤为：步骤A.提取病灶图像的梯度，计算公式为：gx＝[-101]*F(x，y)，gy＝[-101]′*F(x，y)，其中，gx，gy分别表示梯度的横向量和纵向量,F(x，y)表示融合后的病灶图像，x∈{1，2，3，…，N},y∈{1，2，3，…，N}.“′”和“*”分别表示转置和卷积；步骤B.将病灶图像和病灶的梯度图像都分割成相同大小的块(Q×Q)，其中的Q表示行数和列数；病灶图像块表示为病灶的梯度图像块表示为在中分块方差为其中，i∈{1，2，3，…K}，j∈{1，2，3，…L},表示向下取整；计算梯度图像的分块切比雪夫矩，在中分块的切比雪夫矩表示为公式如下：步骤C.利用非直流切比雪夫矩的平方和，计算梯度图像块的切比雪夫矩的能量，是梯度图像块的切比雪夫矩的能量，公式如下：其中，u，v∈{0，1，2，3，…Q-1},表示0阶矩，被移除，保留非直流分量。进一步的，所述步骤四中方差测量值归一化梯度图像的切比雪夫矩能量测量值，计算公式为进一步的，所述步骤五采用四参数逻辑非线性回归方程对主观分数和客观分数进行非线性回归，分别计算斯皮尔曼秩相关系数和肯德尔秩次相关系数，得到影像科医生的主观分数和疾病进展客观分数的一致性测量值。一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法的装置，包括胸部CT疾病进展数据集单元、影像科医生主观评价单元、胸部CT预处理单元、方差测量单元、切比雪夫矩能量测量单元、客观质量分数单元、一致性评价单元；所述胸部CT疾病进展数据集单元连接影像科医生主观评价单元；所述影像科医生主观评价单元连接胸部CT预处理单元；所述胸部CT预处理单元分别连接方差测量单元、切比雪夫矩能量测量单元；所述方差测量单元、切比雪夫矩能量测量单元分别连接客观质量分数单元；所述客观质量分数单元连接一致性评价单元。与现有技术相比：本专利技术是针对COVID-19患者胸部CT疾病进展设计的评价模型，对根据胸部CT对COVID-19患者疾病进展评价效果显著。本专利技术分别利用方差测量和切比雪夫矩能量测量来反应COVID-19患者胸部CT图像的模糊特点，此方法在评价COVID-19患者胸部CT疾病进展上与影像科医生的主观评价十分契合，能够准确的进行评价。因为影像科医生在分析和理解图像时，大脑关注的是COVID-19患者胸部CT图像的病灶区域，模糊是COVID-19患者胸部CT图像被人眼感知的关键特性，大脑往往首先抽象出含有更多语义的中高层次特征，所以本专利技术方法更符合人脑对图像的分析与理解，与影像科医生的主观感受基本一致。本专利技术将COVID-19患者胸部CT图像经过主观评分和预处理后，通过评价模型得到准确的COVID-19患者胸部CT疾病进展分数，具有很大的实际应用价值。更重要的是本专利技术方法可以嵌入到应用系统中，便于进行后期推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：对COVID-19患者的胸部CT图像进行主观评分和手工病灶勾画，构建COVID-19疾病进展CT图像数据集；/n步骤二：对COVID-19患者的胸部CT图像进行预处理，预处理包括肺部自动分割、纵向配准和切片融合，并将融合后的切片图像与勾画的病灶图像进行相乘，获得融合后的病灶图像；/n步骤三：对融合后的病灶图像分别进行方差测量和梯度图像的切比雪夫矩能量测量，得到方差测量值和切比雪夫矩能量测量值；/n步骤四：将方差测量值归一化梯度图像的切比雪夫矩能量测量值，得到疾病进展客观分数；/n步骤五：将影像科医生的主观分数和疾病进展客观分数进行一致性测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：对COVID-19患者的胸部CT图像进行主观评分和手工病灶勾画，构建COVID-19疾病进展CT图像数据集；
步骤二：对COVID-19患者的胸部CT图像进行预处理，预处理包括肺部自动分割、纵向配准和切片融合，并将融合后的切片图像与勾画的病灶图像进行相乘，获得融合后的病灶图像；
步骤三：对融合后的病灶图像分别进行方差测量和梯度图像的切比雪夫矩能量测量，得到方差测量值和切比雪夫矩能量测量值；
步骤四：将方差测量值归一化梯度图像的切比雪夫矩能量测量值，得到疾病进展客观分数；
步骤五：将影像科医生的主观分数和疾病进展客观分数进行一致性测量。


2.根据权利要求1所述的一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于，所述步骤一中，根据同一病人的病情随时间变化的原始胸部CT图像，按照累及每个肺叶的急性肺部炎性病变，由五个肺叶评分相加，累及程度分为0％、1-25％、26-50％、51-75％、76-100％，通过高级职称放射科医师对病灶进行手工勾画并给出0-5的评分，其中4-5分表示恢复健康，3-4分表示轻度，2-3分表示一般，1-2分表示严重，0-1分表示重度，放射科医师给出的平均分值作为最终主观评分。


3.根据权利要求1所述的一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于，所述步骤二中胸部CT图像的纵向配准采用对称规范化算法对每个病人随时间变化的CT图像进行纵向配准。


4.根据权利要求1所述的一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于，所述步骤二中胸部CT图像的切片融合采用导频滤波法在一次扫描中融合同一病人的每一个切片，将每个切片的信息整合到一个视觉增强的融合图像中。


5.根据权利要求1所述的一种基于胸部CT的COVID-19疾病进展评价方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤为：
步骤A.提取病灶图像的梯度，计算公式为：


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【专利技术属性】
技术研发人员：唐璐，田传耕，赵英红，
申请(专利权)人：徐州医科大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32