呼吸系统疾病如感染性疾病、慢性阻塞性肺疾病（COPD）和肺癌，依然是全球公共卫生的重要挑战之一。为深入理解疾病机制、开发新疗法并有效评估候选药物，动物体内研究成为实验药物研发不可或缺的关键阶段。啮齿类动物（如小鼠、大鼠、仓鼠等）作为呼吸疾病研究中常用的模型，微型计算机断层扫描（micro-CT）技术因其无创性和高分辨率，在评估动物肺部疾病负荷、动态监测疾病进展及疗效方面发挥了重要作用，有助于缩小实验模型与临床研究之间的转化差距。然而，传统方法多依赖手动或半自动标注，耗时且存在主观差异，限制了其应用范围和效率。

研究团队从KU Leuven实验室收集了涵盖Down综合征、隐球菌感染、流感相关肺曲霉病、COVID-19、肺纤维化等多种肺病模型的数据，涉及多种啮齿类动物。基于2D U-Net架构，模型分别在横断面、冠状面及矢状面上训练，并通过五折交叉验证策略优化。采用图像灰度值转换至Hounsfield单位（HU）归一化及多种数据增强技术提升模型适应性。最终，通过多数投票和概率平均两种策略融合形成2.5D联合模型，实现更平滑准确的肺部分割。

图：模型开发流程

结果显示，2.5D概率平均模型在Dice相似系数（DSC）上达到0.953±0.023的最佳性能，显著优于单向2D模型。外部验证中，模型在多个公开数据集和大鼠模型中的DSC维持在0.89至0.94之间，展示了优异的泛化能力。此外，自动分割与人工标注提取的肺总量（TLV）、通气肺量（ALV）及非通气肺量（NALV）生物标志物高度一致，Pearson相关系数分别为0.98、0.99及0.84，证实了其在治疗反应监测中的实用价值。

图：内部验证结果

图：外部验证结果

图：模型适用于仓鼠和豚鼠外部数据集的概念验证

总之，本研究提出的基于深度学习的肺部分割与量化管线，解决了微CT大规模数据分析中的关键瓶颈，具有高效、准确、自动化和广泛适用的特点。该工具不仅能跨越不同肺病模型、动物种类及扫描配置，还支持实时监测肺部病理变化及治疗效果，为预临床肺部疾病研究及药物筛选提供了强有力的技术支持。未来工作将进一步探索提高标注质量的方法，并扩展至非啮齿类动物，以实现更广泛的肺部疾病研究转化。

原始出处

Belmans F, Seldeslachts L, Vanhoffelen E, et al. Automated quantification of lung pathology on micro-CT in diverse disease models using deep learning. EBioMedicine. Published online August 30, 2025. doi:10.1016/j.ebiom.2025.105904

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