目的 肺内血管形态结构的改变是慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)的一种重要病理改变.针对慢阻肺中肺血管疾病的定量评估问题,提出一种基于各向异性连续最大流的肺内血管自动分割方法,并定量分析不同半径的肺内血管体积分布,以研究慢阻肺病程中肺血管重塑规律.方法 使用U-Net分割肺体,获取肺脏区域,减少后续血管增强与分割的运算量;借助基于多尺度Hessian矩阵的血管增强方法,获得血管的似然增强结果和轴向方向;将血管似然结果和轴向信息以数据保真项和各向异性正则项的形式融入到连续最大流分割框架,实现肺血管的自动分割.结果 在公开数据集ArteryVein和仿真数据集VascuSynth上对肺内血管分割方法的有效性进行测试;在从4家医院收集的614例临床影像数据上分析小半径血管体积占比情况,对比慢阻肺组与非慢阻肺组之间肺血管重塑差异.肺血管分割方面,对于增加不同程度的高斯噪声(σ=5,10,15,20,25,30,35)的VascuSynth仿真数据,本文方法获得的Dice值分别为0.87,0.80,0.77,0.75,0.73,0.71,0.69;对于低剂量数据集ArteryVein,Dice值为0.79.肺血管定量分析方面,非慢阻肺组和慢阻肺组的小血管体积平均占比值为0.656±0.067,0.589±0.074.不同慢阻肺分级GOLD1—4组小血管占比为0.612±0.051、0.600±0.078、0.565±0.067、0.528±0.053.结论 本文提出的肺内血管算法可以用于肺血管重塑研究,通过实验分析验证了非慢阻肺组与慢阻肺组小血管体积占比存在显著差异;基于慢阻肺分级指数(global initiative for chronic obstructive pulmonary disease,GOLD)的不同慢阻肺病人之间,小血管体积占比在轻症和重症之间也存在显著差异.
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