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胰腺超声内镜计算机辅助诊断系统研究

作　者: 蔡哲元
导　师: 余建国
学　校: 复旦大学
专　业: 医学电子学
关键词: 超声内镜胰腺纹理特征特征选择模糊模式识别
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

胰腺癌是严重危及人类健康的重大疾患,其早期发现、早期诊断、是长期困扰医学界的难题。目前的诊断方法中,超声内镜检查术对胰腺癌具有较大的诊断价值,但基于超声内镜图像的诊断受医生经验和主观因素影响大,而经穿刺的细胞学检查有一定创伤性。本文研究并初步开发了胰腺超声内镜计算机辅助诊断系统,旨在创建各种客观、量化的诊断指标以及正确的描述解释超声内镜图像的方法,提高胰腺癌超声内镜早期诊断的准确性。本文的研究内容主要由四部分构成：胰腺超声内镜的纹理特征提取、特征选择、分类评价系统和软件系统开发,并对各部分存在的一些问题进行研究和改进。在纹理特征提取部分,将各类文献中广泛使用的用于纹理分割与纹理分类的特征引入胰腺超声内镜图像分类,提取9大类74种纹理特征,并取得了较好的分类结果。之后对传统分形特征进行研究与改进。对Lee提出的基于M带小波变换的分形特征进行改进,引入多重分形维数并进行特征筛选,提出了基于M带小波变换的多重分形特征。基于本研究分形特征矢量的分类,在运行时间和分类准确率上均优于基于传统分形特征的分类。在特征选择部分,针对特征选择中传统可分性判据对线性不可分数据集评价能力差的特点,提出了基于核空间距离测度的可分性判据。在核空间中计算两类样本点之间的距离,并以距离的大小评价子集的分类性能。本文的方法体现了基于核方法的优越性,尤其提高了在小样本与线性不可分数据集上的特征选择能力,同时由于核空间距离测度随核参数单调变化,便于消除核参数的影响,相比Wang提出的核散布矩阵测度,大幅度降低了运行时间,同时保留了核方法的优越性。根据医生在临床上对分类评价的需求,提出了基于广义隶属度函数的模糊模式识别方法实现胰腺超声内镜分类评价系统。通过特征模糊化提高鲁棒性,使用训练样本构造合理的目标函数和惩罚项,通过多参数优化的方法得到模式广义隶属度函数的参数,并通过评价函数对样本进行分类评价。在以上算法研究的基础上,编程实现计算机辅助诊断软件系统开发。使用标准C++语言在Visual Studio环境下实现本文提出的特征提取与分类算法。使用MFC、GDI+、ODBC等技术实现浏览,计算机辅助诊断,放大,测量和数据库连接等多种功能模式,方便医生临床使用。

全文目录

目录  3-6
中文摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章绪论  9-12
  1.1 胰腺癌与超声内镜检查术  9
  1.2 计算机辅助诊断的临床意义及研究现状  9-10
  1.3 本文研究工作和内容安排  10
  1.4 本文的创新之处  10-12
第二章基于超声内镜的CAD框架及实验数据  12-16
  2.1 超声图像的物理基础  12
  2.2 超声内镜原理及胰腺检查方法  12-13
  2.3 基于超声内镜鉴别胰腺疾病的临床依据  13-14
  2.4 本文的计算机辅助诊断的流程框架  14
  2.5 实验数据  14
  2.6 本章小结  14-16
第三章胰腺超声内镜图像的纹理特征提取  16-34
  3.1 引言  16
  3.2 各类纹理特征的提取  16-25
    3.2.1 灰度直方图统计特征  16-17
    3.2.2 灰度共生矩阵特征  17-20
    3.2.3 灰度差统计特征  20
    3.2.4 邻域灰度差矩阵特征  20-21
    3.2.5 Laws纹理能量测度特征  21
    3.2.6 Fourier功率谱特征  21-22
    3.2.7 不变矩特征  22
    3.2.8 小波特征  22
    3.2.9 特征图示  22-24
    3.2.10 实验结果与讨论  24-25
  3.3 分形特征的提取与改进  25-33
    3.3.1 分形概念与定义  25-26
    3.3.2 分形特征的发展  26-27
    3.3.3 分形和多重分形维数的计算  27-28
    3.3.4 基于M带小波变换的多重分形特征  28-31
    3.3.5 实验结果与讨论  31-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章胰腺超声内镜图像的特征选择  34-44
  4.1 引言  34
  4.2 特征选择的数学描述  34-35
  4.3 特征选择的流程  35-36
    4.3.1 子集生成  35-36
    4.3.2 子集评价  36
    4.3.3 停止准则  36
  4.4 可分性判据  36-39
    4.4.1 距离测度  36-37
    4.4.2 散布矩阵测度  37
    4.4.3 核散布矩阵测度  37-39
  4.5 核空间距离测度  39-43
    4.5.1 数学推导  39
    4.5.2 核参数的影响  39-40
    4.5.3 实验数据  40-41
    4.5.4 实验结果与讨论  41-43
  4.6 本章小结  43-44
第五章胰腺超声内镜分类评价系统  44-53
  5.1 分类评价系统需求  44
  5.2 统计模式识别  44-45
    5.2.1 后验概率的估计  44-45
    5.2.2 存在的问题与分析  45
  5.3 模糊模式识别  45-48
    5.3.1 模糊集合与隶属函数  45-46
    5.3.2 模糊模式识别的基本原理  46-47
    5.3.3 模糊模式识别的隶属原则  47-48
    5.3.4 模糊模式识别的应用步骤  48
  5.4 本文方法  48-52
    5.4.1 特征模糊化  48-49
    5.4.2 构造广义隶属度函数与评价函数  49-50
    5.4.3 构造目标函数与多参数优化  50-51
    5.4.4 实验结果与讨论  51-52
  5.5 本章小结  52-53
第六章 CAD软件系统开发  53-60
  6.1 系统需求分析  53-54
  6.2 系统开发关键技术  54-56
    6.2.1 开发环境VS2005  54
    6.2.2 应用程序框架MFC  54-55
    6.2.3 图形设备接口GDI+  55
    6.2.4 开放数据库互连ODBC  55-56
  6.3 功能模式  56-59
    6.3.1 浏览模式  56
    6.3.2 CAD模式  56-57
    6.3.3 放大模式  57-58
    6.3.4 测量模式  58
    6.3.5 数据库模式  58-59
    6.3.6 帮助文档  59
  6.4 本章小结  59-60
第七章总结和展望  60-62
  7.1 工作总结  60-61
  7.2 计算机辅助诊断系统的进一步考虑  61-62
参考文献  62-66
硕士期间发表的学术论文  66-67
致谢  67-68

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