基于Django的冠脉造影血管标注系统

姚妮，董明昊，孟颍辉，朱付保

（郑州轻工业大学计算机与通信工程学院，河南郑州，450000）

0 引言

冠脉造影是目前诊断冠心病的“金标准”，可明确冠脉解剖、冠脉血流和心肌灌注以及冠脉病变。随着我国冠心病患者逐年增加，大量的冠状动脉造影给临床医生造成了沉重的负担。并且，冠状动脉造影诊断依赖于医生的临床经验，不同医生对同一影像的解读往往存在一定的主观差异性，从而影响治疗决策[2]。基于此，开发一个基于Django的冠脉造影血管标注系统并利用深度学习技术进行冠状动脉造影血管分割，从图像中自动提取血管结构信息进行标注成了必然要求。本文系统使用U-Net++深度学习框架[8]所训练出来的模型对冠脉造影进行预测分割，其准确性达到了90%，使用基于Python语言的Django框架，可以方便、快捷地创建高品质、易维护的应用程序。凭借训练的模型的准确性与便捷的操作使冠脉造影血管标注系统更加人性化，便于医生进行标注和保存信息。

1 系统设计

冠脉造影标注系统是一个基于B/S的Web系统。采用Python语言开发，Web开发框架使用Python中口碑较好的Django框架，数据库使用SQLite轻型数据库。

1.1 系统整体框架设计

基于Django的冠脉造影标注系统采用MTV模式[]，这种设计模式关键的优势在于各种组件都是松耦合的，每个由Django驱动的Web应用都有着明确的目的，并且可以独立更改不影响到其它部分。总体架构包含模型、视图、模板、控制器。其中模型负责业务对象和数据库的关系之间的映射，视图负责业务逻辑，并在适当时候调用模型和模板，模板负责如何把页面展示给用户，控制器又叫URL分发器，负责将URL的页面请求分发给不同的视图处理，基于SQLite轻型数据库在数据库层存放用户基本信息。系统整体架构如图1所示。

图1 系统整体架构图

1.2 系统用例分析

系统用户划分为两种角色，一种是管理员，另一种是普通用户。普通用户只能进行登录和数据上传、调用模型、修改预测结果、下载标注结果功能。管理员可以对数据进行管理删除，并且对用户进行管理。

图2 管理员用例设计

图3 普通用户用例设计

2 功能实现

2.1 系统功能设计

基于Django的冠脉造影血管标注系统的主要功能如图4所示。

图4 冠脉造影血管标注系统总体功能设计

（1）管理员数据管理和增删用户功能：每个用户需要上传一个病人的四个冠脉造影数据，数据量会很大，管理员需要定时进行数据清理工作，保留主要分割结果和标注结果数据。并对用户的基本信息进行管理，增加和删除新用户。

（2）造影数据上传功能：此页面为用户进入系统后的默认页面，页面中间有三个按钮，上传按钮可以选择需要上传的本地数据，一次可以上传一个病人的多个数据。点击Upload上传按钮，可以对上传的冠脉造影数据进行解析在后台进行保存。

（3）调用模型预测功能：在选择了需要预测的冠脉造影图片之后，会直接调用U-Net++深度学习分割模型进行预测，得到的预测结果会直接保存到后台，在下一个界面，将读取预测结果放到画布上以供修改。

（4）预测结果修改保存功能： 调用模型预测所产生的结果可能会有不准确之处。在该页面实现了可调整粗细的画笔和和橡皮擦功能、填充区域和清除区域功能、画布的放大缩小功能和撤销等功能，来实现对预测结果的修改功能。

（4）标注血管保存功能：在修改预测结果之后，需要对冠脉造影血管进行目标血管标注，根据用户需求，可以对自己需要的主干以及分支血管进行标注。

（5）数据下载功能： 在用户进行标注之后，由于用户想要利用这些数据进行血管重建，所以提供了数据下载的功能。

2.2 运行界面

（1）登录页面

用户可以登录进入系统开始上传数据，首次使用可以点击注册。如下图5所示。

图5 登录页面

（2）上传数据界面

点击Select dicom files 选择需要上传的冠脉造影数据。可以上传多个数据。然后点击Upload上传按钮开始解析数据，等待跳出success，代表解析成功。最后点击ULabel_Fluoro按钮跳转到选择需要预测的图片界面。如图6所示。

图6 上传数据

（3）选择预测帧界面

该页面是用来让使用者选择想要去预测的冠脉造影的某一帧。左侧为功能按钮，可以切换上下冠脉造影数据和切换图片。Select按钮是用来选择图片的作用，在选择结束之后，点击Predict按钮可以调用训练好的U-Net++模型进行预测并跳出进度条。如图7所示。

图7 选择预测帧预测界面

（4）预测结果修改界面

该页面可以用来补充血管，通过画笔和填充区域。如下图8、9所示。

图8 放大后画笔操作

图9 填充区域操作

修改预测结果不准确之处，或者去除非目标血管。可以通过橡皮擦和清除区域来进行操作，具体如图10、11所示。

图10 橡皮擦去除界面

图11 清除区域界面

（5）血管标注界面

该页面是对血管进行标注，并且存储像素信息，用不同颜色展示。右上为造影的文件名，右下为已经标注过的血管，可以点击前面的小方框进行查看。如图12所示。

图12 标注血管界面

（6）数据下载

在用户标注完成全部数据之后，可以对当前上传的数据进行下载，系统会将存放在云服务器上的数据进行压缩，以供用户进行下载到指定位置。

图13 数据下载

3 总结

冠脉造影能够清晰地显示冠状动脉解剖结构，使医生和患者一目了然地观看冠状动脉管腔有无超过50%的狭窄和轻度狭窄、有无血栓和血管壁钙化等[6]。本文系统考虑到用户的习惯，尽可能使冠脉造影标注血管系统变的容易操作，提高用户的体验性。不断将U-Net++模型优化具有十分重要现实意义。