一种肾间质纤维化的辅助评估方法、计算机设备及计算机可读存储介质与流程

1.本发明具体涉及一种肾间质纤维化的辅助评估方法、计算机设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.肾间质是位于肾单位及集合管之间的结缔组织，由间质细胞、网状纤维、少量弹力纤维、成纤维细胞和巨噬细胞等组成。因炎症、遗传或其他疾病导致肾间质受损，可累及肾小管、肾盂、肾盏，发生排尿障碍和机体电解质以及酸碱平衡紊乱。
3.纤维化(fibrosis)可发生于多种器官，主要病理改变为器官组织内纤维结缔组织增多，实质细胞减少，持续进展可致器官结构破坏和功能减退，乃至衰竭，严重威胁人类健康和生命。
4.机体器官由实质和间质两部分构成。实质是指器官的主要结构和功能细胞(如肝脏的实质细胞就是肝细胞)，间质由间质细胞和细胞外基质(主要有胶原蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖、糖蛋白和弹性蛋白)构成，分布在实质细胞之间，主要起机械支撑和连接作用。此外细胞外基质构成维持细胞生理活动的微环境，是细胞之间的信号传导的桥梁，参与多种生理病理过程，在组织创伤修复和纤维化过程中起重要作用。
5.任何原因只要能引起组织细胞损伤，均可导致组织细胞发生变性、坏死和炎症反应，如果损伤很小，损伤细胞周边正常实质细胞将发生增生修复，这种修复可完全恢复正常的结构和功能。然而如果损伤较大或反复损伤超出了损伤周围实质细胞的再生能力时，间质纤维结缔组织(细胞外基质)将大量增生对缺损组织进行修复，即发生纤维化的病理改变。因此本质上纤维化是组织遭受损伤后的修复反应，以保护组织器官的相对完整性。增生的纤维结缔组织虽然修复了缺损，但却不具备原来器官实质细胞的结构和功能。如果这种修复反应过度、过强和失控时，就会引起器官的纤维化和导致器官的功能下降。
6.由此可见，纤维化是指由于炎症导致器官实质细胞发生坏死，组织内细胞外基质异常增多和过度沉积的病理过程。轻者成为纤维化，重者引起组织结构破坏而发生器官硬化。
7.现有技术中，主要通过医生的临床经验来进行确定，诊断效率低，误检率高，花费成本高。另外，一些传统的图像检测分类办法，如利用opencv中提供的api进行分割或者检测。传统的图像处理方法虽然能够处理当前的图片样本，但是针对大规模数据集不具备很好的泛化能力，需要对单个图片数据手动设置数值(所述数值是指传统方法中处理图片时函数中的值)，从而导致样本处理时间成本的增加，另外手动设置数值并不能够获得最优的参数值，这也导致其准确率不高。


技术实现要素：

8.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种肾间质纤维化的辅助评
估方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
9.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
10.一种肾间质纤维化的辅助评估方法，包括以下步骤：
11.(1)将病理条中髓值区域和部分干扰区域去除，然后去除肾小管、肾小球、肾血管，剩余的部分作为肾间质的区域；
12.(2)提取纤维化区域，生成纤维化区域的掩码并进行保存；
13.(3)对掩码中的纤维化区域进行面积统计，得到纤维化区域的面积值。
14.进一步地，步骤(2)中，利用opencv中hsv颜色空间进行提取，利用cv2.inrange函数提取纤维化区域。
15.进一步地，步骤(2)中，提取纤维化区域的过程中，确定hsv颜色空间的颜色阈值，颜色阈值的选取过程：
16.选择一个初始化值，然后以一定阈值不断在一批病理条数据集上迭代，最终获得效果最佳的阈值；
17.利用最佳的阈值提取得到纤维化区域，过滤掉一些小的噪点，将大于噪点阈值的区域保留，生成纤维化区域的掩码并进行保存。
18.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时能够实现以上所述的一种肾间质纤维化的辅助评估方法中的步骤。
19.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现以上所述的一种肾间质纤维化的辅助评估方法中的步骤。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明的方法能够准确地确定肾间质纤维化区域的面积值，可以结合其他参数值(比如，临床诊断和算法提供的面积值)共同判定间质纤维化的病变。本技术基于深度学习的方法，使得模型具有更好的鲁棒性和泛化能力，相比现有的检测法能够获得较好的准确性，并能提高检测效率。
附图说明
22.图1是本发明肾间质纤维化的辅助评估方法流程图。
23.图2是计算机设备示意图。
24.图3是病理条图片，其中(1)是病理条图片的原图，(2)是去除肾小球、肾小管、肾血管后的图片。
25.图4是去除髓质和干扰后的掩码图片。
26.图5是最后得到的纤维化区域的掩码图片。
27.图6为根据纤维化区域的掩码得到纤维化区域。
具体实施方式
28.以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，应当指出的是，具体实施方式只是对本发明的详细说明，不应视为对本发明的限定。
29.实施例1
30.一种肾间质纤维化的辅助评估方法，包括以下步骤：
31.(1)将病理条图片中髓质区域、干扰区域、肾小管、肾小球、肾血管去除，剩余的部分作为肾间质的区域；所述病理条图片为病理切片扫描仪扫描得到的图片。本发明中，不对髓质区域、部分干扰区域、肾小管、肾小球、肾血管的去除顺序进行限定，只要将他们去除就可以了。
32.(2)提取纤维化区域：经过masson染色后，病理条中纤维化的区域呈现为浅绿色的纹理特征，利用opencv中hsv颜色空间进行提取，利用cv2.inrange函数提取纤维化区域，
33.(3)对掩码中的纤维化区域进行面积的统计即可得到纤维化区域的面积值。
34.在一些优选的方式中，肾小管、肾小球、肾血管的轮廓是已知的，利用cv2.drawcontours()将它们的轮廓值填充为0即可，0表示背景，这样就去除了肾小管、肾小球、肾血管，操作简单，计算量小。
35.在一些优选的方式中，髓质区域和干扰区域是采用unet网络模型进行分割得到。unet网络模型的训练包括数据集预处理、模型搭建和训练。
36.数据集预处理：手动标注病理条图片中的髓质区域、干扰区域。将图片划分为训练集和测试集，90％的图片作为训练集，10％的图片作为测试集。
37.模型搭建和训练：采用unet网络模型，unet网络模型的下采样过程用efficientnet_b3代替,使得更有效的提取图片中的边缘特征和语义特征。
38.unet网络模型训练过程中，主要设置的参数为：
39.损失函数选取的是交叉熵损失函数；优化器选取adam,batch size＝32，学习率learning rate＝0.01,迭代轮次epoch＝200,weight_decay＝0.0001。
40.将病理条图片按照1024
×
1024的窗口进行裁切，裁切后的图片输入unet模型中得到干扰和髓质区域；所述大图指的是病理条图片。得到这些区域之后，然后采用cv2.drawcontours()将它们的轮廓值填充为0，进线去除。
41.unet网络模型结构简单，参数量和计算量较低、工作效率高，对该任务来说unet模型较为合适。
42.病理条图片原图如图3(1)所示，去除肾小球、肾小管、肾血管，但没有去除髓质和干扰区域的图片如图3(2)所示,图4是去除髓质和干扰区域，但没有去除肾小球、肾小管、肾血管的掩码图片。
43.在一些优选的方式中，步骤(2)主要是利用opencv函数inrange()设置阈值，去除背景部分，得到纤维化区域。
44.在一些优选的方式中，步骤(2)，提取纤维化区域的过程中，需要确定hsv颜色空间的颜色阈值，得到最佳阈值，然后利用cv2.bitwise_and()函数得到纤维化区域；过滤掉比较小的一些噪点，将大于噪点阈值的区域保留，生成纤维化区域的掩码图片并进行保存。在具体实施时，以3
×
3的核进行腐蚀操作，过滤掉比较小的噪点。
45.在一些优选的方式中，颜色阈值的选取过程：
46.首先为函数inrange中的参数lowerb和upperb选择初始阈值，然后不断在一批病理条数据集上迭代，最终获得效果最佳的阈值。
47.所述初始阈值是在一小批样本(大概100张图片)上获得的最佳阈值。所述病理条数据集是将步骤(1)得到的图片进行masson染色之后得到的病理数据图片。
48.具体地，两个参数lowerb和upperb初始阈值，分别为lowerb＝[20,20,20],upperb＝[100,200,200],然后以5的间隔左右变化每个通道的值，比如lowerb向左变化第一个通道可以获得：[15,20,20]，[10,20,20],[5,20,20]
……
.，向右变化第一个通道可以得到：[25,20,20],[30,20,20],[35,20,20]
……
,其他每个通道上也按照以上的方式进行变化，查看每个阈值下，生成的图片，根据整体生成图片的效果选择泛化性效果较好的阈值，最终得到整体泛化能力较好的阈值(即最佳阈值)为lowerb＝[5,10,10],upperb＝[109,217,212]。
[0049]
图5是最后得到的纤维化区域的掩码图片。图6为根据纤维化区域的掩码图片得到的纤维化区域图片。
[0050]
在一些优选的方式中，步骤(3)中，对掩码图片中的纤维化区域进行面积统计即可得到纤维化区域的面积值，可以结合其他参数值(比如，临床诊断和算法提供的面积值)共同诊断间质纤维化的病变。
[0051]
本实施例中，采用numpy.sum()得到面积值，纤维化区域的面积为：392802，这个值是将所有纤维化的像素点加起来得到的；背景是0,纤维化区域是1,所以这里纤维化区域的面积表示的是392802个像素点。
[0052]
本实施例中，从步骤(1)开始处理至最终得到纤维化区域的面积值，所用时间为1.144ms，准确率为99.76％。
[0053]
实施例2，参照附图2。
[0054]
在本实施例中，提供了一种计算机设备100，包括存储器102、处理器101及存储在存储器102上并可在处理器101上运行的计算机程序103，处理器101执行计算机程序103时能够实现上述实施例1所提供的肾间质纤维化的辅助评估方法中的步骤。
[0055]
实施例3
[0056]
在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现上述各个实施例所提供的一种肾间质纤维化的辅助评估方法中的步骤。
[0057]
在本实施例中，所述计算机程序可以是实施例2中的计算机程序。
[0058]
在本实施例中，所述计算机可读存储介质可以被实施例2中的计算机设备所运行。
[0059]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0060]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例的所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认
为是本说明书记载的范围。
[0061]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。