頸動(dòng)脈斑塊三維超聲圖像紋理特征提取及其在藥效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用.pdf

1、在過(guò)去幾十年中，心腦血管疾病的發(fā)病率與死亡率在全世界范圍內(nèi)一直處于前列。心腦血管疾病的一個(gè)重要病理基礎(chǔ)是頸動(dòng)脈粥樣硬化。大量臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，心腦血管臨床事件的發(fā)生與頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的破裂有直接的相關(guān)性。CT、磁共振成像、超聲等醫(yī)學(xué)影像為描述與判斷動(dòng)脈粥樣硬化提供了可視化手段，尤其是超聲成像技術(shù)以其低成本、快捷、安全等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于頸動(dòng)脈粥樣硬化的早期診斷。目前超聲技術(shù)在頸動(dòng)脈粥樣硬化方面的研究主要聚焦于如何利用二維超聲圖像及其所

2、定義的二維特征來(lái)有效地評(píng)價(jià)藥物對(duì)頸動(dòng)脈斑塊的作用效果，而本文則重點(diǎn)討論了如何利用三維頸動(dòng)脈超聲圖像以及所定義的二維與三維紋理特征，檢測(cè)阿伐他汀藥物治療后頸動(dòng)脈斑塊可能發(fā)生的潛在變化，為后續(xù)治療效果的評(píng)價(jià)和治療方案的選擇奠定基礎(chǔ)。
　　本文所用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自項(xiàng)目合作方加拿大Robarts研究所Fenster教授團(tuán)隊(duì)，共包含30位受試者（13位接受阿伐他汀藥物治療，17位則服用安慰劑作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)組）。每位受試者以六個(gè)月為間隔對(duì)左右兩側(cè)頸

3、動(dòng)脈分別采集其三維超聲圖像。從三維數(shù)據(jù)中分別提取一階灰度統(tǒng)計(jì)，灰度共生矩陣，差分矩陣，游程長(zhǎng)矩陣，局部三值模式與Laws紋理能量等方法的二維與三維特征；然后，利用SVM分類(lèi)器與10倍交叉驗(yàn)證法對(duì)提取的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證特征的有效性。我們首先從三維超聲圖像重采樣得到的二維圖像提取二維紋理特征，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)，通過(guò)特征組合與主成分分析法篩選優(yōu)化得到優(yōu)化特征子集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由該優(yōu)化特征子集得到的頸總動(dòng)脈，頸內(nèi)動(dòng)脈和頸外動(dòng)

4、脈三個(gè)位置的分類(lèi)準(zhǔn)確率均大于96％，靈敏度約為90%，特異性約為98%。同時(shí)，輔助以指標(biāo)陽(yáng)性率，陰性率，馬修相關(guān)系數(shù)和約登指數(shù)以及ROC曲線的AUC值來(lái)驗(yàn)證分類(lèi)的有效性，初步證明用藥與未用藥圖像的紋理信息有明顯的變化，該藥物產(chǎn)生了一定的治療作用。
　　在二維紋理特征評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，我們定義了相對(duì)應(yīng)的三維圖像紋理特征，并應(yīng)用于三維頸動(dòng)脈超聲圖像的評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，在使用同一個(gè)藥效評(píng)價(jià)模型條件下，三維特征集合中灰度游程長(zhǎng)矩陣特征對(duì)藥物治