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Un automatico stima spostamento della linea mediana e della pressione intracranica (ICP) di pre-screening sistema basato sulla tomografia computerizzata (TC) immagini per i pazienti con danno cerebrale traumatico (TBI) è proposto di utilizzare l'elaborazione delle immagini e di tecniche di apprendimento automatico.
In questo articolo presentiamo un sistema automatizzato basato principalmente sui tomografia computerizzata (CT) immagini costituite da due componenti principali: la stima del cambio linea mediana e della pressione intracranica (ICP) di pre-screening sistema. Per stimare lo spostamento della linea mediana, prima stima della linea mediana ideale viene eseguita in base alla simmetria del cranio e caratteristiche anatomiche del cervello CT scan. Poi, la segmentazione dei ventricoli del TC viene eseguito e utilizzato come guida per l'identificazione della linea mediana effettiva attraverso la forma coniugata. Questi processi imitare il processo di misurazione da parte di medici e hanno mostrato risultati promettenti nella valutazione. Nel secondo componente, più funzionalità vengono estratti correlate a ICP, come le informazioni di tessitura, quantità di sangue da TC e altre caratteristiche registrate, quali l'età, punteggio di gravità della lesione per stimare la ICP sono anche incorporati. Macchine tecniche di apprendimento tra cui la funzionalità di selezione e classificazione, come il sostegnoVector Machines (SVM), sono impiegati per costruire il modello di previsione con RapidMiner. La valutazione della previsione mostra potenziale utilità del modello. Lo spostamento della linea mediana ideale stimato e previsto i livelli di ICP può essere usato come un rapido pre-screening passo per i medici a prendere decisioni, in modo da consigliare o sconsigliare invasivo monitoraggio della pressione intracranica.
Ogni anno ci sono circa 1,4 milioni di lesioni cerebrali traumatiche (TBI) relativi casi di pronto soccorso negli Stati Uniti, di cui, oltre 50.000 provocare la morte 1. Grave trauma cranico è di solito accompagnata da un aumento della pressione intracranica (ICP) con sintomi come ematomi e tessuto cerebrale gonfiore. Questi risultato ridotta pressione di perfusione cerebrale e del flusso sanguigno cerebrale, mettendo il cervello danneggiato in rischi aggiuntivi. Grave aumento ICP può essere fatale, così il monitoraggio ICP per i pazienti con trauma cranico è fondamentale. Questo in genere richiede il posizionamento di cateteri direttamente nel cervello per il monitoraggio della pressione, una procedura rischiosa per i pazienti che possono essere eseguite in centri medici specializzati. La procedura prevede anche il rischio come l'infezione. Tuttavia, alcuni segnali di elevata ICP può essere osservato in diagnostica per immagini. In particolare, spostamento linea mediana è spesso associato con un aumento della PIC e può essere catturata dal cervello calcolata tomography (CT) immagini. Come tali, queste immagini forniscono un'opportunità per rilevamento non invasivo di elevata ICP che può essere usato come un pre-screening passo prima trapanazione cranica. TC è ancora il gold standard per la valutazione iniziale TBI tra tutte le altre modalità di imaging, ad esempio risonanza magnetica, a causa della sua alta velocità e relativo basso costo 2. Inoltre, un esame TC non richiede rigorosa immobilità del paziente, e ha un vantaggio nel rivelare anomalie gravi come fratture ossee ed ematomi. Mentre CT è comunemente utilizzato per il rilevamento di lesioni nel cervello, basati sulla tecnologia attuale, spostamento linea mediana non viene misurata automaticamente e pertanto i medici devono valutare questo fattore importante mediante ispezione visiva. Imprecisa o incoerente interpretazione CT è spesso associato con la natura del sistema visivo umano e la complessa struttura del cervello. Mentre piccoli spostamenti della linea mediana sono elusivi, sono spesso preziosi per la valutazione di lesioni cerebrali, in particolare nelle fasi iniziali della lesione prima condizione di un paziente diventa più grave. Sul lato opposto, spostamento linea mediana grande suggerisce molto elevata ICP e più grave TBI. Tuttavia, si tratta di un compito molto impegnativo per l'uomo di ispezionare visivamente le immagini CT e prevedere il livello di ICP quantitativamente. Grazie ai progressi automatizzate tecniche computazionali, caratteristiche estratte da immagini TAC, come spostamento della linea mediana, il volume ematoma, e la struttura del cervello di immagini TC, può essere misurata con precisione e automaticamente utilizzando metodi avanzati di elaborazione delle immagini. Tuttavia, il rapporto tra ICP e lo spostamento della linea mediana, nonché altre caratteristiche quali il grado di sanguinamento, la trama da CT immagini non è stata esplorata. In questo documento, un quadro computazionale è stato proposto di misurare la misurazione linea mediana spostamento così come altre caratteristiche fisiologiche / anatomico su cerebrali immagini CT e quindi prevedere il grado di ICP non intrusivo utilizzando tecniche di apprendimento automatico.
1. Metodologia: presentazione
Il quadro proposto elabora le immagini cerebrali TC di lesione cerebrale traumatica (TBI) pazienti per calcolare automaticamente spostamento linea mediana in casi patologici e usarlo come pure altre informazioni estratte per prevedere pressione intracranica (ICP). Figura 1 mostra lo schema di tutta quadro. La misurazione del cambio automatizzato linea mediana può essere suddiviso in tre fasi. Primo, l'ideale linea mediana del cervello, cioè la linea mediana prima della ferita, viene trovato mediante una ricerca gerarchica basata sulla simmetria cranio e caratteristiche del tessuto 3. In secondo luogo, il sistema ventricolare è segmentato per ogni immagine cervello CT 4. In terzo luogo, la linea mediana effettiva è stimato dal sistema segmentato ventricolare deformata utilizzando una forma corrispondente metodo 5. Lo spostamento orizzontale del sistema ventricolare viene stimato sulla base della stima della linea mediana ideale e la linea mediana effettiva. Dopo tspostamento della linea mediana si è successivamente stimato, funzioni, tra cui spostamento della linea mediana, le informazioni sulle texture delle immagini TC, così come altre informazioni demografiche vengono utilizzati per prevedere ICP. Algoritmi di apprendimento automatico vengono utilizzati per definire la relazione tra la ICP e le caratteristiche estratte 6.
2. Ideale Stima Midline
3. Ventricolo Segmentazione
4. Stima effettiva Midline
5. Più funzionalità Estrazioni
6. ICP Stima
L'idea principale della stima ICP è quello di applicare le tecniche di apprendimento automatico per costruire un modello basato su una serie di campioni di addestramento. Allora il modello costruito viene valutata su campioni di prova rimanenti. A causa della dimensione elevata di caratteristiche estratte in particolare quelli dei TAC e le informazioni demografiche, la funzionalità di selezione è importante per rimuovere le funzioni indipendenti per un modello relativamente semplice così stabile. Quindi ci sono due passaggi da eseguire per ICP stima / previsione. In primo luogo, selezionare le funzioni che sono relative informative nel predire PIC. Il secondo passo è quello di utilizzare Support Vector Machines (SVM) comealgoritmo di apprendimento per sviluppare e valutare il modello di formazione. Software come RapidMiner 11 è l'ideale per questo compito, perché è uno strumento molto ben sviluppato per la maggior parte degli algoritmi di apprendimento automatico e fornisce interfacce molto potenti per la formazione e la valutazione dei modelli.
I set di dati CT test sono stati forniti dal Sistema Carolinas Healthcare (CHS) in corso di approvazione istituzionale Comitato Etico. Tutti i soggetti sono stati diagnosticati con lieve trauma cranico grave al momento della prima ricoverato in ospedale. Per ogni paziente, il valore ICP stata registrata ogni ora usando sonde ICP all'interno della regione ventricolo prima e dopo TC sono stati ottenuti. Per associare il valore di ICP con ogni scansione TC, la media dei due più vicini misure di ICP al tempo di TC, che...
In questo studio, un quadro intuitivo e flessibile si propone di affrontare due problemi di difficile risoluzione: la stima dello spostamento linea mediana in CT immagini e la previsione a livello ICP sulla base di caratteristiche estratte. I risultati della valutazione mostrano l'efficacia del metodo proposto. Per quanto ne sappiamo, questa è la prima volta di uno studio sistematico per affrontare questi due problemi. Notiamo che, sulla base del quadro generale, ci sono molti potenziali miglioramenti che possono e...
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Il materiale si basa su lavori in parte sostenuto dal National Science Foundation sotto Grant No. IIS0758410. I dati sono stati forniti dal sistema Carolinas Healthcare.
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