基于圖像分割軟件的氣胸診斷及圖像標注方法

◆陳奕 董祥梅 朱險峰 田美娜 李永生通訊作者 蘇奎

基于圖像分割軟件的氣胸診斷及圖像標注方法

◆陳奕1董祥梅2朱險峰1田美娜1李永生通訊作者1蘇奎1

（1.牡丹江醫學院 黑龍江 157011；2.牡丹江醫學院附屬紅旗醫院 黑龍江 157011）

X線是用于氣胸診斷的最常用的成像診斷方法。醫生根據氣胸組織的位置、形態和大小來診斷氣胸。帶標注的氣胸診斷圖像可以為醫生的歸類和分析提供重要參考依據，如何對圖像進行恰當的標注至關重要。為此，本文討論了氣胸的臨床表現及X線判別方法，并使用itk-snap等圖像分割軟件對圖像進行分割和標注。首先通過人工方法對X射線圖像進行分段，然后用改進的特殊方法標注自動顯示區域來對圖像進行標記。結果表明該軟件可以較好進行分割與標注，為醫生的歸納與分析提供便利。

氣胸；X-Ray診斷；圖像標注

計算機輔助診斷通過計算機將醫療影像數據進行讀取并給醫生的診斷帶來啟示和便利[1]。計算機輔助診斷解決了醫療行業的兩大棘手問題：患者多醫生少和醫生水平良莠不齊。首先對于醫生，計算機輔助診斷能降低醫生的誤診率，指導醫生給出更有效的方案[2]。同時可以提高初級醫師的診斷水平，促進分級診斷與治療從而減少醫療資源的浪費。其次對于院方，計算機輔助診斷在提高效率的同時節約了人力資源，提高準確率的同時降低了誤診的風險。因此在有成熟的技術支撐的情況下利用計算機軟件能夠解決醫療行業的很多問題，對醫院和醫生都提供了極大的便利。

圖像的分割與標注可以借助于分割軟件對醫學影像數據進行分析，是實現測試最終得出結果的“金標準”，是實現計算機輔助診斷的契機[3]。氣胸、肋骨骨折在臨床上都具有一定的風險性，如果發現及時并搶救及時對患者的意義非常重大。在研究中主要應用影像學檢查，包括X線和CT。雖然CT的敏感性高于X線，但CT的價格昂貴，輻射的劑量又很大，所以不適用于常規檢查。因此臨床診斷多傾向于X線[4]。為此，本文探析了X線氣胸的發病機制和臨床表現，并探討在itk-snap圖像分割軟件下氣胸圖像進行標注的方法。

1 氣胸的臨床表現及X線判別方法

空氣進入胸膜腔引起的胸腔積氣和肺萎縮稱氣胸[5-6]。由慢性支氣管炎、肺氣腫、慢性肺結核等疾病或者槍傷、肋骨骨折等外傷都可能導致肺組織、氣管或支氣管等破裂后空氣進入胸膜腔或者胸壁傷口穿破胸腔導致外界空氣進入胸膜腔從而引起氣胸。

氣胸的輕重程度取決于有無肺基礎性疾病及肺功能狀態、氣胸發生的速度、胸腔內的積氣量及壓力等多種因素，其臨床癥狀主要包括以下幾點：（1）突感胸痛、氣急、憋氣、咳嗽、少痰；（2）與積氣量有關呼吸困難；（3）氣胸可出現嚴重的呼吸障礙，休克；（4）輕到中度刺激性咳嗽，因氣體刺激胸膜。

目前X線檢查是診斷氣胸最可靠的方法[6]，如圖1所示為氣胸患者的X光片圖像，從該圖像可以分析其影像表現主要包括：（1）胸腔內氣體壓縮肺部，在壓縮的肺部和胸壁之間形成透明的氣體支撐區域；（2）見不到肺紋理；（3）壓縮肺的邊緣有一個細長的線性密集陰影（臟胸膜），呼氣時很清晰；（4）當發生大量氣胸時，肺部有一個軟組織陰影，密度均勻，縱膈轉向健康側，受累側減少，肋間隙擴大；（5）縱膈可發生張力，對側肺可有代償性肺氣腫，可發生粘連，可見粘連帶。

圖1 氣胸的X線診斷

計算機在識別X光片時，雖然對絕大多數病灶的定位是非常準確的，但是當X射線圖像自身存在問題或病人出現鈣化灶時計算機定位也難免出現錯誤。針對X射線圖像對比度不完善、圖像偏暗或過亮、肺部邊緣模糊、骨骼鈣化等這些問題時利用圖像的標注等計算機輔助診斷技術醫生可以進行更好的識別與判斷。例如如下情況：在判斷氣胸時，計算機識別肺外緣與胸壁之間的透亮區，此區域無肺紋理且被壓縮的肺邊緣呈現纖細的線狀致密影（臟胸膜），肋間隙變窄。當病人存在某種其他的肺部疾病，肺紋理顯然異于常人，這時計算機很可能在識別上出現錯誤導致根本無法識別氣胸區。在判斷肋骨骨折時，由于無移位性骨折存在并且肋骨結構單薄、對比缺乏，所以時常有誤診情況存在。如果在其中伴有別的嚴重疾病時，肋骨骨折容易被忽略。當發生合并液氣胸、心臟損傷、鎖骨損傷、肩胛骨損傷、軟組織影等都可造成誤診。這就需要圖像標注與體積測量計算。

2 氣胸的圖像標注

圖像標注技術就是在基于圖像分割軟件的基礎上，根據特定要求對特定區域進行重新定義，通過計算機的記憶功能向未標記的圖像添加合理的注釋詞的過程[7]。利用在標注過程中錄入的圖像的對比度、分辨率、形狀、大小等某些共性關系建立一個模型，然后利用該模型反復測試對未標注的圖像進行自動讀取，以及完成自動標注的過程，實現代替人工分析的智能化。

2.1 氣胸的圖像的標注方法

打開itk-snap軟件的main.exe對X線圖像進行標注，如圖2所示。將abnormalitylist.csv文件放置main文件所在目錄；打開main文件夾內的main.exe；通過彈出窗口選定所要讀取的DICOM文件所在的文件夾。通過點擊“上一張圖像”和“下一張圖像”切換不同的DICOM文件，或直接在圖像文件列表中點擊所需要顯示的文件。標注文件列表用于顯示在當前目錄下已經生成的對應于DICOM文件的標注文件。點擊區域內的“讀取病癥列表”，單擊列表中的任一病癥后，便可以在區域內的圖像顯示區域通過按住鼠標右鍵滑動進行該病癥的BOX標注。

雙擊列表中的任一病癥，通過彈出的顏色選取窗口調節該病癥的標注顏色。在圖像上標注好BOX后，點擊“確認當前標注”。當點擊“確認當前標注”后，區域上則為顯示當前標注的詳細信息，包括病癥類型和標注大小等。當該圖像的所有病癥均已標注結束，則點擊“保存標注列表為文件”。

2.2 氣胸圖像的標注實例

圖2 氣胸的圖像標注實例

圖2所示為一氣胸標注實例，在圖像導入分割軟件（ITK-SNAP）時，圖像分DCM和GZ格式，每一種格式導入方式不同；既 DCM文件在Load as main image 路徑下打開；GZ文件在Load as segmentation路徑下打開；與此同時圖像檢查是一定要先導入DCM文件再導入對應的GZ文件。在chest X-ray成像過程中，肩胛骨可能會影響到肺野的成像質量。識別肩胛骨是否影響到圖像質量，可以通過ITK-SNAP軟件首先對肩胛骨影響到的區域做出一個分割標注。標注應按照在標準的正常后前位胸片上肩胛骨投影應該在肺野之外的原則。造成肩胛骨影出現在肺野中的情況是投照時上肢或肩胛骨的內緣與肺野的上外側重疊。

3 結語

本文以數字X光片中比較典型的氣胸為例探討了其常見的影像學診斷方法及利用itk-snap軟件進行圖像標注。X線檢查是診斷胸部疾病不可或缺的檢查方法，通過大量的人工數據標注運用在測試中可以使計算機形成一個識別該疾病的方法，從而可以實現醫生將成千上萬的數據輸入到計算機只需要輸入疾病鑒定指標，計算機就會閱讀所有數據并做出指定標記的場景。隨著計算機輔助軟件的廣泛應用，會有越來越完善的醫療軟件幫助醫生進行診斷。

[1]葉馮穎，楊文敏，李尚青，等.計算機輔助診斷軟件聯合多學科建立甲狀腺結節惡性風險預測模型[J].

[2]吳秀明，王霞麗，呂國榮，等.計算機輔助系統在診斷乳腺良惡性腫瘤中的應用[J].中國醫學物理學雜志，2020，37（03）：374-378.

[3]蘇奎，趙若晗，劉博強，董默.基于Mimics的CT三維重建應用分析[J].軟件，2020，41（03）：66-68.

[4]謝紅旗，程云宗.25例局限性氣胸的胸部X線與CT對照分析[J].現代診斷與治療，1998（S1）：111.

[5]覃永平，馮謝平，梁慧明.氣管及支氣管裂傷的臨床X線診斷[J].中國臨床新醫學，2011，4（06）：551-553.

[6]Noppen M，De Keukeleire T. Pneumothorax[J]. Respiration，2008，76（2）：121-127.

[7]劉夢迪，陳燕俐，陳蕾.圖像自動標注技術研究進展[J].計算機應用，2016，36（08）：2274-2281.

2019年度黑龍江省省屬高等學校基本科研業務費科研項目（2019-KYYWF-0959）；牡丹江醫學院大學生科研項目（201321）；牡丹江市應用技術研究與開發計劃項目（HT2020JG054）