应用于显微取精手术的方法、装置、设备和可读存储介质

1.本技术的实施例涉及医疗领域，尤其涉及应用于显微取精手术的方法、装置、设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.无精症是指射出的精液离心后使用显微镜观察连续3次以上均未发现精子。无精症发生率在普通人群中约为1％，在不育症人群中约为15％，其中非梗阻性无精症(noa)患者约占60％。细针抽吸精子术(fine-needle aspiration,fna),睾丸穿刺取精术(testicular sperm aspiration$)、睾丸切开取精术(testicular sperm extraction,tese)和显微取精术(micro-tese)用于从noa患者睾丸中取出含有精子的曲细精管，在实验室条件下分离出精子，通过辅助生殖技术帮助患者妊娠。其中显微取精手术时金标准，是noa患者能够获得精子的最后手段。
3.显微镜下睾丸切开取精术是针对“非梗阻性无精症”(即睾丸本身发育不良，生精功能异常)患者实施的手术，该手术利用高清显微镜直视下分离出局灶性的生精组织(曲细精管)，胚胎实验室剥离粉碎这些组织，在高倍镜下寻找精子，将获得的精子进行试管婴儿，是目前治疗睾丸生精功能障碍患者的重要技术手段。
4.但是，在当前的显微取精手术中，并没有一个很好的方式能够对曲细精管的类型进行快速区分(判别有无精子)。


技术实现要素：

5.根据本技术的实施例，提供了一种应用于显微取精手术的方案。
6.在本技术的第一方面，提供了一种应用于显微取精手术的方法。该方法包括：
7.获取包含曲细精管的图像；
8.将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型；
9.基于所述曲细精管的类型，确定所述图像中包含精子的曲细精管，完成取精。
10.进一步地，所述将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型包括：
11.通过卷积神经网络提取所述图像的特征，得到特征图；
12.基于所述特征图，生成全局特征向量和局部特征向量；
13.基于所述全局特征向量、局部特征向量以及患者病历特征，确定所述图像中曲细精管的类型。
14.进一步地，所述基于所述特征图，生成全局特征向量包括：
15.分别对所述特征图进行最大池化操作和平均池化操作，得到两类全局特征向量；
16.将所述两类全局特征向量进行拼接，生成全局特征向量。
17.进一步地，所述基于所述特征图，生成局部特征向量包括：
18.对所述特征图进行分词处理，得到多个同等大小分词；
19.构建一个分类词，基于自注意力机制对所述分类词和多个同等大小分词进行处理，生成局部特征向量。
20.进一步地，所述基于所述全局特征向量、局部特征向量以及患者病历特征，确定所述图像中曲细精管的类型包括：
21.基于多层感知机制，对所述全局特征向量、局部特征向量以及患者病历特征进行整合，确定所述图像中曲细精管的类型。
22.进一步地，所述患者病历特征包括患者的年龄、不育的原因和/或激素水平。
23.进一步地，所述图像中曲细精管的类型包括：
24.a，生精小管外观发育良好均匀一致；
25.b，生精小管外观发育良好，偶见直径稍粗；
26.c，生精小管普遍偏细；
27.d，生精小管基本萎缩，偶有发育良好的生精小管；
28.e，全部生精小管萎缩；
29.f，生精小管被黄色物质浸润。
30.在本技术的第二方面，提供了一种应用于显微取精手术的装置。该装置包括：
31.获取模块，用于获取包含曲细精管的图像；
32.分类模块，用于将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型；
33.确定模块，用于基于所述曲细精管的类型，确定所述图像中包含精子的曲细精管，完成取精。
34.在本技术的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。
35.在本技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本技术的第一方面的方法。
36.本技术实施例提供的应用于显微取精手术的方法，通过获取包含曲细精管的图像；将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型；基于所述曲细精管的类型，确定所述图像中包含精子的曲细精管，完成取精，实现了对曲细精管的快速精准分类，能够快速的标识出包含精子的曲细精管，简化了显微取精手术，在缩短了手术时间的同时提高成功率。
37.应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本技术的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
38.结合附图并参考以下详细说明，本技术各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
39.图1示出了本技术的实施例提供的方法所涉及的系统架构图；
40.图2示出了根据本技术的实施例的应用于显微取精手术的方法的流程图；
41.图3示出了根据本技术的实施例的算法架构示意图；
42.图4示出了根据本技术的实施例的不同类别的曲细精管取精成功率的示意图；
43.图5示出了根据本技术的实施例的应用于显微取精手术的装置的方框图；
44.图6示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备或服务器的结构示意图。
具体实施方式
45.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
46.另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
47.图1示出了可以应用本技术的应用于显微取精手术的方法或应用于显微取精手术的装置的实施例的示例性系统架构100。
48.如图1所示，系统架构100可以包括终端设备101、102、103，网络104和服务器105。网络104用以在终端设备101、102、103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
49.用户可以使用终端设备101、102、103通过网络104与服务器105交互，以接收或发送消息等。终端设备101、102、103上可以安装有各种通讯客户端应用，例如模型训练类应用、视频识别类应用、网页浏览器应用、社交平台软件等。
50.终端设备101、102、103可以是硬件，也可以是软件。当终端设备101、102、103为硬件时，可以是具有显示屏的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、电子书阅读器、mp3播放器(moving picture experts group audio layer iii，动态影像专家压缩标准音频层面3)、mp4(moving picture experts group audio layer iv，动态影像专家压缩标准音频层面4)播放器、膝上型便携计算机和台式计算机等等。当终端设备101、102、103为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中。其可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
51.当终端101、102、103为硬件时，其上还可以安装有视频采集设备。视频采集设备可以是各种能实现采集视频功能的设备，如摄像头、传感器等等。用户可以利用终端101、102、103上的视频采集设备来采集视频。
52.服务器105可以是提供各种服务的服务器，例如对终端设备101、102、103上显示的数据处理的后台服务器。后台服务器可以对接收到的数据进行分析等处理，并可以将处理结果(例如识别结果)反馈给终端设备。
53.需要说明的是，服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块(例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块)，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。
54.应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需
要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。特别地，在目标数据不需要从远程获取的情况下，上述系统架构可以不包括网络，而只包括终端设备或服务器。
55.如图2所示，是本技术实施例应用于显微取精手术的方法的流程图。从图2中可以看出，本实施例的应用于显微取精手术的方法，包括以下步骤：
56.s210，获取包含曲细精管的图像。
57.在本实施例中，用于基于ai技术的应用于显微取精手术的方法的执行主体(例如图1所示的服务器)可以通过有线方式或者无线连接的方式获取包含曲细精管的图像。
58.进一步地，上述执行主体可以获取与之通信连接的电子设备(例如图1所示的终端设备)发送的包含曲细精管的图像，也可以是预先存储于本地的包含曲细精管的图像。
59.其中，所述曲细精管也可称为生精小管，用于为精子的产生提供独特的环境。曲细精管形态细长而弯曲，直径为150～250μm，长约30～70cm，最长可达150cm。正常的睾丸组织中85％是曲细精管。noa患者由于生精障碍，睾丸内曲细精管发育异常，仅部分局灶生精功能的曲细精管中含有精子，因此准确而快速的在显微手术中从noa患者睾丸内取出含有精子的曲细精管能提高手术成功率，缩短手术时间，减少并发症。
60.s220，将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型。
61.在一些实施例中，如图3所示，通过卷积神经网络对步骤s210获取的图像进行特征提取，生成特征图。曲细精管分类模型包括全局特征提取模块和局部特征提取模块，用于从图像的整体信息和局部信息两个层次挖掘图像信息，从而提高曲细精管类型的分类准确率。
62.具体地，通过所述全局特征提取模块挖掘图像的整体信息，用于发现生精小管外观发育的普遍情况(良好、偏细、萎缩或被黄色物质填充)。即，分别对所述特征图进行最大池化操作和平均池化操作，得到两类全局特征向量，基于多层感知机制，将所述两类全局特征向量进行拼接，生成全局特征向量，参考图3(2)。
63.进一步地，通过局部特征提取模块挖掘图像的局部特征区域，用于捕捉图像中的异常区域(偶见直径稍粗或偶有发育良好的生精小管)。即，对所述特征图进行分词处理，得到多个同等大小分词，然后增加一个可学习的分类词，基于自注意力机制对所述分类词和多个同等大小分词进行处理，生成局部特征向量。所述自注意力机制，用于计算每两个分词之间的相互影响，捕捉局部区域之间的依赖关系，同时能够通过分类词注意到非常的局部区域。
64.进一步地，为了捕捉多种依赖关系，从而提取出更好的局部向量，在进行计算时，会并行的执行多组自注意力计算。
65.进一步地，基于多层感知机制，对所述全局特征向量、局部特征向量以及患者病历特征进行整合，确定所述图像中曲细精管的类型。所述患者病历特征包括患者的年龄、不育的原因和/或激素水平等。
66.在一些实施例中，如图4所示，将noa患者的曲细精管分如下6类：
67.a，生精小管外观发育良好均匀一致；
68.b，生精小管外观发育良好，偶见直径稍粗；
69.c，生精小管普遍偏细；
70.d，生精小管基本萎缩，偶有发育良好的生精小管；
71.e，全部生精小管萎缩；
72.f，生精小管被黄色物质浸润。
73.进一步地，从图4可知，睾丸中曲细精管发育差异越大，若从中挑出管径较粗，颜色灰白的曲细精管，则手术获精成功率越高。其中，micro-tese手术中曲细精管在显微镜下的观察倍数是10-20倍。
74.s230，基于所述曲细精管的类型，确定所述图像中包含精子的曲细精管，完成取精。
75.在一些实施例中，基于步骤s220的分类结果，在电脑屏幕和/或各类显示设备中，标识出可能含有精子的曲细精管，协助医生完成显微取精。
76.根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
77.在实际应用中，手术获精成功率较低的a型、c型、e型和f型具有明显的全局特点。而想要准确判别手术获精成功率最高的b型和d型，不仅需要关注图像中的整体特点(生精小管外观发育良好或生精小管基本萎缩)，还要注意到图像中的局部区域特征(偶见直径稍粗或偶有发育良好的生精小管)。
78.通过本公开的方法，可以从图像的整体信息局部信息两个层次挖掘图像信息，实现了对曲细精管的快速精准分类，能够快速的标识出包含精子的曲细精管，简化了显微取精手术的流程，在缩短了手术时间的同时提高成功率。
79.即，在显微取精手术中，切开睾丸组织后，通过本公开的方法，实时的对图像进行分析，快速在电脑屏幕上标出可能包含精子的曲细精管，在大幅度缩短了手术时间的同时提高了取精成功率。
80.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
81.以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本技术所述方案进行进一步说明。
82.图5示出了根据本技术的实施例的应用于显微取精手术的装置500的方框图如图5所示，装置500包括：
83.获取模块510，用于获取包含曲细精管的图像；
84.分类模块520，用于将所述图像输入至曲细精管分类模型，确定所述图像中曲细精管的类型；
85.确定模块530，用于基于所述曲细精管的类型，确定所述图像中包含精子的曲细精管，完成取精。
86.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
87.图6示出了适于用来实现本技术实施例的终端设备或服务器的结构示意图。
88.如图6所示，终端设备或服务器600包括中央处理单元(cpu)601，其可以根据存储在只读存储器(rom)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(ram)603中的
程序而执行各种适当的动作和处理。在ram 603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。cpu 601、rom 602以及ram 603通过总线604彼此相连。输入/输出(i/o)接口605也连接至总线604。
89.以下部件连接至i/o接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至i/o接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
90.特别地，根据本技术的实施例，上文方法流程步骤可以被实现为计算机软件程序。例如，本技术的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)601执行时，执行本技术的系统中限定的上述功能。
91.需要说明的是，本技术所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
92.附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
93.描述于本技术实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以
通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
94.作为另一方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中的。上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，当上述前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本技术的方法。
95.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。