基于图像分割软件的气胸诊断及图像标注方法

◆陈奕 董祥梅 朱险峰 田美娜 李永生通讯作者 苏奎

基于图像分割软件的气胸诊断及图像标注方法

◆陈奕1董祥梅2朱险峰1田美娜1李永生通讯作者1苏奎1

（1.牡丹江医学院 黑龙江 157011；2.牡丹江医学院附属红旗医院 黑龙江 157011）

X线是用于气胸诊断的最常用的成像诊断方法。医生根据气胸组织的位置、形态和大小来诊断气胸。带标注的气胸诊断图像可以为医生的归类和分析提供重要参考依据，如何对图像进行恰当的标注至关重要。为此，本文讨论了气胸的临床表现及X线判别方法，并使用itk-snap等图像分割软件对图像进行分割和标注。首先通过人工方法对X射线图像进行分段，然后用改进的特殊方法标注自动显示区域来对图像进行标记。结果表明该软件可以较好进行分割与标注，为医生的归纳与分析提供便利。

气胸；X-Ray诊断；图像标注

计算机辅助诊断通过计算机将医疗影像数据进行读取并给医生的诊断带来启示和便利[1]。计算机辅助诊断解决了医疗行业的两大棘手问题：患者多医生少和医生水平良莠不齐。首先对于医生，计算机辅助诊断能降低医生的误诊率，指导医生给出更有效的方案[2]。同时可以提高初级医师的诊断水平，促进分级诊断与治疗从而减少医疗资源的浪费。其次对于院方，计算机辅助诊断在提高效率的同时节约了人力资源，提高准确率的同时降低了误诊的风险。因此在有成熟的技术支撑的情况下利用计算机软件能够解决医疗行业的很多问题，对医院和医生都提供了极大的便利。

图像的分割与标注可以借助于分割软件对医学影像数据进行分析，是实现测试最终得出结果的“金标准”，是实现计算机辅助诊断的契机[3]。气胸、肋骨骨折在临床上都具有一定的风险性，如果发现及时并抢救及时对患者的意义非常重大。在研究中主要应用影像学检查，包括X线和CT。虽然CT的敏感性高于X线，但CT的价格昂贵，辐射的剂量又很大，所以不适用于常规检查。因此临床诊断多倾向于X线[4]。为此，本文探析了X线气胸的发病机制和临床表现，并探讨在itk-snap图像分割软件下气胸图像进行标注的方法。

1 气胸的临床表现及X线判别方法

空气进入胸膜腔引起的胸腔积气和肺萎缩称气胸[5-6]。由慢性支气管炎、肺气肿、慢性肺结核等疾病或者枪伤、肋骨骨折等外伤都可能导致肺组织、气管或支气管等破裂后空气进入胸膜腔或者胸壁伤口穿破胸腔导致外界空气进入胸膜腔从而引起气胸。

气胸的轻重程度取决于有无肺基础性疾病及肺功能状态、气胸发生的速度、胸腔内的积气量及压力等多种因素，其临床症状主要包括以下几点：（1）突感胸痛、气急、憋气、咳嗽、少痰；（2）与积气量有关呼吸困难；（3）气胸可出现严重的呼吸障碍，休克；（4）轻到中度刺激性咳嗽，因气体刺激胸膜。

目前X线检查是诊断气胸最可靠的方法[6]，如图1所示为气胸患者的X光片图像，从该图像可以分析其影像表现主要包括：（1）胸腔内气体压缩肺部，在压缩的肺部和胸壁之间形成透明的气体支撑区域；（2）见不到肺纹理；（3）压缩肺的边缘有一个细长的线性密集阴影（脏胸膜），呼气时很清晰；（4）当发生大量气胸时，肺部有一个软组织阴影，密度均匀，纵膈转向健康侧，受累侧减少，肋间隙扩大；（5）纵膈可发生张力，对侧肺可有代偿性肺气肿，可发生粘连，可见粘连带。

图1 气胸的X线诊断

计算机在识别X光片时，虽然对绝大多数病灶的定位是非常准确的，但是当X射线图像自身存在问题或病人出现钙化灶时计算机定位也难免出现错误。针对X射线图像对比度不完善、图像偏暗或过亮、肺部边缘模糊、骨骼钙化等这些问题时利用图像的标注等计算机辅助诊断技术医生可以进行更好的识别与判断。例如如下情况：在判断气胸时，计算机识别肺外缘与胸壁之间的透亮区，此区域无肺纹理且被压缩的肺边缘呈现纤细的线状致密影（脏胸膜），肋间隙变窄。当病人存在某种其他的肺部疾病，肺纹理显然异于常人，这时计算机很可能在识别上出现错误导致根本无法识别气胸区。在判断肋骨骨折时，由于无移位性骨折存在并且肋骨结构单薄、对比缺乏，所以时常有误诊情况存在。如果在其中伴有别的严重疾病时，肋骨骨折容易被忽略。当发生合并液气胸、心脏损伤、锁骨损伤、肩胛骨损伤、软组织影等都可造成误诊。这就需要图像标注与体积测量计算。

2 气胸的图像标注

图像标注技术就是在基于图像分割软件的基础上，根据特定要求对特定区域进行重新定义，通过计算机的记忆功能向未标记的图像添加合理的注释词的过程[7]。利用在标注过程中录入的图像的对比度、分辨率、形状、大小等某些共性关系建立一个模型，然后利用该模型反复测试对未标注的图像进行自动读取，以及完成自动标注的过程，实现代替人工分析的智能化。

2.1 气胸的图像的标注方法

打开itk-snap软件的main.exe对X线图像进行标注，如图2所示。将abnormalitylist.csv文件放置main文件所在目录；打开main文件夹内的main.exe；通过弹出窗口选定所要读取的DICOM文件所在的文件夹。通过点击“上一张图像”和“下一张图像”切换不同的DICOM文件，或直接在图像文件列表中点击所需要显示的文件。标注文件列表用于显示在当前目录下已经生成的对应于DICOM文件的标注文件。点击区域内的“读取病症列表”，单击列表中的任一病症后，便可以在区域内的图像显示区域通过按住鼠标右键滑动进行该病症的BOX标注。

双击列表中的任一病症，通过弹出的颜色选取窗口调节该病症的标注颜色。在图像上标注好BOX后，点击“确认当前标注”。当点击“确认当前标注”后，区域上则为显示当前标注的详细信息，包括病症类型和标注大小等。当该图像的所有病症均已标注结束，则点击“保存标注列表为文件”。

2.2 气胸图像的标注实例

图2 气胸的图像标注实例

图2所示为一气胸标注实例，在图像导入分割软件（ITK-SNAP）时，图像分DCM和GZ格式，每一种格式导入方式不同；既 DCM文件在Load as main image 路径下打开；GZ文件在Load as segmentation路径下打开；与此同时图像检查是一定要先导入DCM文件再导入对应的GZ文件。在chest X-ray成像过程中，肩胛骨可能会影响到肺野的成像质量。识别肩胛骨是否影响到图像质量，可以通过ITK-SNAP软件首先对肩胛骨影响到的区域做出一个分割标注。标注应按照在标准的正常后前位胸片上肩胛骨投影应该在肺野之外的原则。造成肩胛骨影出现在肺野中的情况是投照时上肢或肩胛骨的内缘与肺野的上外侧重叠。

3 结语

本文以数字X光片中比较典型的气胸为例探讨了其常见的影像学诊断方法及利用itk-snap软件进行图像标注。X线检查是诊断胸部疾病不可或缺的检查方法，通过大量的人工数据标注运用在测试中可以使计算机形成一个识别该疾病的方法，从而可以实现医生将成千上万的数据输入到计算机只需要输入疾病鉴定指标，计算机就会阅读所有数据并做出指定标记的场景。随着计算机辅助软件的广泛应用，会有越来越完善的医疗软件帮助医生进行诊断。

[1]叶冯颖，杨文敏，李尚青，等.计算机辅助诊断软件联合多学科建立甲状腺结节恶性风险预测模型[J].

[2]吴秀明，王霞丽，吕国荣，等.计算机辅助系统在诊断乳腺良恶性肿瘤中的应用[J].中国医学物理学杂志，2020，37（03）：374-378.

[3]苏奎，赵若晗，刘博强，董默.基于Mimics的CT三维重建应用分析[J].软件，2020，41（03）：66-68.

[4]谢红旗，程云宗.25例局限性气胸的胸部X线与CT对照分析[J].现代诊断与治疗，1998（S1）：111.

[5]覃永平，冯谢平，梁慧明.气管及支气管裂伤的临床X线诊断[J].中国临床新医学，2011，4（06）：551-553.

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

[7]刘梦迪，陈燕俐，陈蕾.图像自动标注技术研究进展[J].计算机应用，2016，36（08）：2274-2281.

2019年度黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（2019-KYYWF-0959）；牡丹江医学院大学生科研项目（201321）；牡丹江市应用技术研究与开发计划项目（HT2020JG054）