：本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理及數(shù)據(jù)分析，具體涉及一種基于多模態(tài)mri與能譜cte的克羅恩病手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型構(gòu)建方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)

0、
背景技術(shù)：

1、克羅恩病(cd)是一種慢性腸道炎癥性疾病，具有病程長、易復(fù)發(fā)的特點，其病因復(fù)雜，臨床表現(xiàn)多樣。目前，cd的診斷和治療主要依賴于臨床表現(xiàn)、實驗室檢查和影像學(xué)檢查。然而，對于cd高?；颊叩氖中g(shù)時機(jī)預(yù)測，現(xiàn)有的技術(shù)方法往往存在準(zhǔn)確性不高、預(yù)測效果不佳等問題。因此，開發(fā)一種準(zhǔn)確、可靠的手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型，對于提高cd患者的治療效果和生存質(zhì)量具有重要意義。

2、現(xiàn)有的預(yù)測模型多基于單一的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)或臨床指標(biāo)，未能充分利用多模態(tài)影像信息。磁共振成像(mri)具有無創(chuàng)、無輻射、可評估腸外并發(fā)癥等優(yōu)點。多模態(tài)腦mri技術(shù)能夠提供豐富的解剖結(jié)構(gòu)和功能信息，對于評估cd的病變程度和范圍具有重要價值。能譜cte技術(shù)則能夠通過對組織進(jìn)行能量分析，提供更精細(xì)的病變特征。結(jié)合這兩種技術(shù)，有望實現(xiàn)對cd患者病情的全面評估，為手術(shù)時機(jī)的預(yù)測提供客觀依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明旨在提供一種基于多模態(tài)mri與能譜cte的克羅恩病手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型構(gòu)建方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中克羅恩病cd高危患者手術(shù)時機(jī)預(yù)測準(zhǔn)確性不高，預(yù)測效果不佳的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于多模態(tài)mri與能譜cte的克羅恩病手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型構(gòu)建方法，具體步驟如下：

5、步驟一：收集數(shù)據(jù)

6、采集cd高危患者的臨床數(shù)據(jù)和多模態(tài)腦mri圖像及能譜cte圖像數(shù)據(jù)，所述mri圖像數(shù)據(jù)包括bold和3d?t1序列的數(shù)據(jù)，所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)為采用能譜掃描模式獲取的不同能量下的組織衰減信息數(shù)據(jù)；

7、步驟二：數(shù)據(jù)預(yù)處理

8、對收集到的所述多模態(tài)腦mri圖像數(shù)據(jù)和所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像格式轉(zhuǎn)換、圖像去噪、對比度增強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)化，以減少圖像質(zhì)量差異對后續(xù)分析的影響；

9、步驟三：特征提取

10、從所述多模態(tài)腦mri圖像數(shù)據(jù)中提取腦部結(jié)構(gòu)特征、功能特征；從所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)中提取腸道解剖結(jié)構(gòu)和病變特征信息，包括長度、直徑、密度、碘值、有效原子序數(shù)值、虛擬平掃值，并將提取的特征進(jìn)行量化處理，形成特征向量；

11、步驟四：特征融合與模型構(gòu)建

12、將提取的特征信息進(jìn)行融合，構(gòu)建特征向量，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，包括隨機(jī)森林、xgboost，樸素貝葉斯、k最近鄰、支持向量機(jī)、邏輯回歸、決策樹和adaboost算法，基于特征向量構(gòu)建手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型；

13、步驟五：模型驗證與優(yōu)化

14、利用獨立的驗證集對構(gòu)建的所述預(yù)測模型進(jìn)行驗證，評估其預(yù)測性能，并根據(jù)驗證結(jié)果對所述預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性；

15、利用獨立的cd高?；颊邤?shù)據(jù)集對構(gòu)建的所述預(yù)測模型進(jìn)行驗證和評估，通過計算所述預(yù)測模型的準(zhǔn)確率、召回率、f1值指標(biāo)，評估所述預(yù)測模型在預(yù)測手術(shù)時機(jī)方面的性能；同時，通過繪制roc曲線和計算auc值，進(jìn)一步評估所述預(yù)測模型的預(yù)測能力；

16、此外，通過對所述預(yù)測模型進(jìn)行敏感性分析和魯棒性測試，以評估所述預(yù)測模型在不同情況下的穩(wěn)定性和可靠性。

17、進(jìn)一步地，所述多模態(tài)腦mri圖像數(shù)據(jù)的獲取方法為：所有受試者的mri圖像數(shù)據(jù)均使用同一臺3.0t磁共振掃描儀獲得，掃描序列包括常規(guī)顱腦平掃t1wi序列的橫軸位，采用單次激發(fā)平面回波成像獲取功能圖像，具體序列參數(shù)如下：

18、重復(fù)時間tr＝2000ms，回波時間te＝30ms，翻轉(zhuǎn)角＝90°，掃描視野大小fov＝230mm×230mm，采集矩陣大?。?6×96，體素大?。?.4mm×2.4mm×2.4mm，共采集240個時間點，采集時間8分13秒；結(jié)構(gòu)像序列參數(shù)：tr＝5000ms，te＝2.98ms，翻轉(zhuǎn)角＝9°，fov＝256mm×240mm，體素大?。?mm×1mm×1mm，層厚1mm，共采集176層，采集時間8分22秒。

19、所述能譜cte圖像的獲取方法為：掃描前禁食不禁水8小時，必要時口服瀉藥進(jìn)行腸道的清潔；掃描前1小時內(nèi)分四次口服2.5％等滲甘露醇溶液1600-2000ml，最后一次口服等滲甘露醇溶液前肌注鹽酸消旋山莨菪堿10mg，10-15分鐘后上機(jī)掃描；

20、掃描方案及圖像重建：采用iqon?spectral?ct行能譜cte檢查，取仰臥位，掃描范圍包括全腹+盆腔，管電壓為120kvp，管電流采取自動曝光控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，準(zhǔn)直器寬度為64×0.625mm，增強(qiáng)掃描采用雙筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈團(tuán)注對比劑碘克沙醇，含碘320mgi/ml，劑量為1.2ml/kg，流速為3.5ml/s，以相同的速度注入生理鹽水30ml，監(jiān)測腹主動脈，采用bolus?tracking技術(shù)，當(dāng)腹主動脈閾值達(dá)到150hu后，延遲8s觸發(fā)掃描動脈期，注入對比劑后70秒掃描靜脈期。

21、進(jìn)一步地，所述多模態(tài)腦mri圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理分為bold數(shù)據(jù)預(yù)處理和3d?t1數(shù)據(jù)預(yù)處理，所述bold數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟為：去除時間點，時間層校正，頭動校正，空間標(biāo)準(zhǔn)化，去除協(xié)變量，去線性漂移，空間平滑；此外，經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)需要回歸掉腦脊液和腦白質(zhì)信號的影響，并將所有受試者的灰質(zhì)概率圖進(jìn)行平均,構(gòu)建灰質(zhì)mask模板，后續(xù)的分析都在灰質(zhì)mask模板中進(jìn)行；

22、所述3d?t1數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟為：原點對齊，分割配準(zhǔn)，平滑，一致性檢驗；

23、所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法為：cte掃描完成后，以層厚1mm，間距1mm重建圖像，按照以下兩種方法重建：

24、(1)采用idose迭代技術(shù)，重建出常規(guī)混合能量圖像；

25、(2)利用光譜信息生成全息光譜圖像數(shù)據(jù)包，在philips?isp后處理工作站中實時獲得能譜圖像及其定量參數(shù)，包括虛擬平掃vnc圖、有效原子序數(shù)z-eff圖及碘密度id圖。

26、進(jìn)一步地，所述特征提取為提取所述多模態(tài)腦mri圖像中的特征信息，包括腦部結(jié)構(gòu)特征、功能特征；從預(yù)處理后的所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)中提取反映克羅恩病病灶特征信息，包括病灶大小、形態(tài)、密度強(qiáng)度；

27、所述多模態(tài)腦mri圖像特征信息為：

28、低頻振幅alff：計算過程包括先使用快速傅立葉變換將時間域bold信號轉(zhuǎn)換到頻率域上，然后使用低頻成份0.001～0.08hz的振動幅度alff作為研究指標(biāo)，刻畫全腦低頻成份振動幅度分布圖；

29、所述能譜cte圖像特征信息為：

30、腸壁增厚：

31、在腸腔適度或良好充盈時，病變腸壁較正常腸壁增厚；輕度增厚：腸壁厚度為3mm-5mm，中度增厚：腸壁厚度為>5mm-9mm，重度增厚：腸壁厚度為≥10mm；

32、腸腔狹窄：

33、可疑腸腔狹窄：腸腔寬度小于鄰近腸腔的一半，但可疑狹窄處近端腸管無擴(kuò)張，腸腔直徑<3cm；狹窄：狹窄處近端腸管呈輕度擴(kuò)張，腸腔直徑約為3-4cm或近端腸管中-重度擴(kuò)張，腸腔直徑>4cm；

34、腸壁異常強(qiáng)化方式：

35、透壁強(qiáng)化：腸壁全層均有強(qiáng)化，分層強(qiáng)化：腸壁呈兩層或三層強(qiáng)化；

36、病變腸道周圍改變：

37、梳狀征：可見直小血管增多、增粗，呈“梳子”樣改變；腹膜后淋巴結(jié)和腸系膜周圍淋巴結(jié)的增大，淋巴結(jié)直徑>5mm；炎性滲出：病變腸段周圍密度升高，邊緣較模糊；

38、所述能譜cte圖像中特征信息的測量方法為：在腸管充盈良好的條件下，選取增強(qiáng)動脈期、靜脈期橫斷面能譜圖像進(jìn)行測量，將測量的感興趣區(qū)roi放置于腸壁上；

39、所述感興趣區(qū)roi的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為：(1)測量病變腸壁最厚處，若增厚腸壁呈分層強(qiáng)化，則將roi放置在明顯強(qiáng)化處；(2)同一患者同一處病變sbi包中能譜圖像所測roi的形狀、大小及位置保持一致，且重復(fù)三次測量取平均值；(3)測量動脈期、靜脈期能譜圖像中腸壁的虛擬平掃vnc值、碘濃度id值、有效原子序數(shù)z-eff值；計算出標(biāo)準(zhǔn)化碘密度值nid＝id腸壁/id腹主動脈；(4)同一患者如有多個病變腸段，將多段腸壁所測的多個能譜參數(shù)值分別取平均值進(jìn)行計算，上述roi測量2周后再次重復(fù)測量，測量方法同上，采用兩次測量的平均值進(jìn)行計算。

40、進(jìn)一步地，所述模型構(gòu)建方法為：對提取的所述特征信息進(jìn)行選擇和融合，構(gòu)建能夠全面反映cd病情的特征向量；利用已知手術(shù)時機(jī)的cd患者數(shù)據(jù)，構(gòu)建手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型，并進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化。

41、本發(fā)明還提供一種基于多模態(tài)mri與能譜cte的克羅恩病手術(shù)時機(jī)預(yù)測系統(tǒng)，包括信息采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、特征提取模塊與模型構(gòu)建模塊，所述信息采集模塊用于采集患者的臨床數(shù)據(jù)和多模態(tài)腦mri圖像及能譜cte圖像數(shù)據(jù)，所述mri圖像數(shù)據(jù)包括bold和3d?t1序列的數(shù)據(jù)，所述能譜cte圖像數(shù)據(jù)為采用能譜掃描模式獲取的不同能量下的組織衰減信息數(shù)據(jù)；

42、所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對收集到的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像格式轉(zhuǎn)換、圖像去噪、對比度增強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)化，以減少圖像質(zhì)量差異對后續(xù)分析的影響；

43、所述特征提取模塊用于從多模態(tài)腦mri圖像數(shù)據(jù)中提取腦部結(jié)構(gòu)特征、功能特征；從能譜cte圖像數(shù)據(jù)中提取腸道解剖結(jié)構(gòu)和病變特征信息，包括長度、直徑、密度、碘值、有效原子序數(shù)值、虛擬平掃值，并將提取的特征進(jìn)行量化處理，形成特征向量；

44、所述模型構(gòu)建模塊用于將提取的特征信息進(jìn)行融合，構(gòu)建特征向量，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，包括隨機(jī)森林、xgboost，樸素貝葉斯、k最近鄰、支持向量機(jī)、邏輯回歸、決策樹和adaboost算法，基于特征向量構(gòu)建手術(shù)時機(jī)預(yù)測模型；同時，利用獨立的驗證集對構(gòu)建的預(yù)測模型進(jìn)行驗證，評估預(yù)測性能，并根據(jù)驗證結(jié)果對預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以提高預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。

45、進(jìn)一步地，所述臨床數(shù)據(jù)包括：年齡、性別、病程、活動性分級、臨床診斷、c反應(yīng)蛋白/超敏c反應(yīng)蛋白、血沉、鈣衛(wèi)蛋白、t-spot、用藥情況(藥名和劑量，如類克、阿達(dá)木、烏司奴、維得利珠及各種口服藥物)、白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血紅蛋白、血小板、中心粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、紅細(xì)胞壓積、總膽紅素、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、堿性磷酸酶、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶、總蛋白、白蛋白、球蛋白、白球比例、尿素氮、肌酐、尿酸、空腹血糖、肌酸激酶、鈉、鉀、氯、鈣、總二氧化碳、磷、鎂、腎小球濾過率等。

46、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并且可以在所述處理器上運行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述構(gòu)建方法的步驟。

47、本發(fā)明還提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述構(gòu)建方法的步驟。

48、(三)有益效果

49、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

50、通過多模態(tài)腦mri技術(shù)中的功能成像和結(jié)構(gòu)成像，以及雙層光譜檢測器ct的能譜多定量參數(shù)提供全新的診斷思路，通過多模態(tài)腦mri中的低頻振幅alff和灰質(zhì)體積gmv、以及能譜ct的碘密度圖計算出碘密度值和標(biāo)準(zhǔn)化碘密度值，通過有效原子序數(shù)圖計算出有效原子序數(shù)值，通過虛擬平掃圖計算出虛擬平掃值，通過這些量化的指標(biāo)數(shù)據(jù)分析，可以有效提高對cd高?；颊呤中g(shù)時機(jī)預(yù)測的準(zhǔn)確率，為常規(guī)ct提供了有效的補(bǔ)充手段。

51、(1)提高預(yù)測準(zhǔn)確性：通過多模態(tài)mri和能譜cte技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對克羅恩病病灶特征的全面評估，從而提高手術(shù)時機(jī)預(yù)測的準(zhǔn)確性，初步估計本發(fā)明的預(yù)測準(zhǔn)確率可達(dá)到90％以上，較傳統(tǒng)方法有顯著提升。

52、(2)減少患者痛苦：準(zhǔn)確的手術(shù)時機(jī)預(yù)測有助于避免不必要的手術(shù)干預(yù)，減少患者的痛苦和并發(fā)癥風(fēng)險，同時，也能及時發(fā)現(xiàn)需要手術(shù)干預(yù)的患者，改善其預(yù)后。

53、(3)提高醫(yī)療效率：本發(fā)明提供的預(yù)測模型可自動化運行，減少了醫(yī)生對影像數(shù)據(jù)的解讀和判斷時間，提高了醫(yī)療效率，此外，預(yù)測模型的應(yīng)用也有助于實現(xiàn)醫(yī)療資源的優(yōu)化配置，降低醫(yī)療成本。

54、(4)推動技術(shù)創(chuàng)新：本發(fā)明提供的構(gòu)建方法不僅為克羅恩病手術(shù)時機(jī)預(yù)測提供了新的技術(shù)手段，也為其他疾病的影像診斷和預(yù)測提供了新的思路和方法，推動了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和人工智能技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。