肝臟CT輔助診斷系統(tǒng)中特征選擇和提取研究.pdf

1、本文致力于解決肝臟計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)(Computer Aided Diagnosis)(簡(jiǎn)稱CAD)中的難題,目標(biāo)是建立一個(gè)可用于臨床診斷訓(xùn)練的肝臟計(jì)算機(jī)輔助診斷平臺(tái)。整個(gè)肝臟計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)主要由預(yù)處理,感興趣區(qū)域的提取,特征提取和特征選擇以及分類識(shí)別這幾個(gè)模塊組成。開始是將肝臟的多期圖片進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的配準(zhǔn),使得取到的四期圖片是人體肝臟同一位置的圖片,接著進(jìn)行一個(gè)半自動(dòng)的感興趣區(qū)域(Rejion of Interest,ROI)的

2、提取,這是在有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生的指導(dǎo)下完成的。對(duì)于提取出的ROI,進(jìn)行肝臟紋理特征提取和特征選擇,最后將得到的特征集合輸入分類器進(jìn)行分類識(shí)別。文章中重點(diǎn)研究肝臟計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)中的肝臟紋理特征提取和特征選擇算法。由于肝臟病變的形狀非常多樣,并且沒有一定的規(guī)律可循,所以并不能夠像乳腺和肺結(jié)節(jié)那樣用形狀特征來分析并對(duì)病變進(jìn)行分類,所以本文主要選取肝臟的紋理特征進(jìn)行研究。本文從灰度信息,空間信息和時(shí)間信息三個(gè)方面進(jìn)行考慮,提取出基于一階統(tǒng)計(jì)矩的平

3、均灰度值、標(biāo)準(zhǔn)差、熵、協(xié)方差、峰度、偏度等7個(gè)特征,基于灰度共生矩陣的四個(gè)方向上的角二階矩、對(duì)比度、倒數(shù)差分矩、同質(zhì)性等32個(gè)特征和基于多期圖片的相對(duì)增強(qiáng)信息、增強(qiáng)變化趨勢(shì)、信息增強(qiáng)比率等9個(gè)特征,這樣共提取出48個(gè)肝臟紋理特征。利用所提取出的紋理特征就可以對(duì)肝臟CT圖像的四種情況(正常,囊腫,血管瘤,肝癌)進(jìn)行分類識(shí)別。但是這些特征有些包含重復(fù)信息,所以在特征提取之后設(shè)置一個(gè)特征選擇模塊。根據(jù)是否將分類器的設(shè)計(jì)作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則函數(shù)的一部分

4、,可以將特征選擇算法分為過濾式(filter)和封裝式(wrapper)兩種。文中的特征選擇模塊分別采用了過濾式特征選擇算法和封裝式特征選擇算法以及將二者相結(jié)合的組合式特征選擇算法。過濾式特征選擇算法的設(shè)計(jì)是將各種傳統(tǒng)的順序搜索算法包括順序前向搜索算法,順序后向搜索算法,增l減r法,順序前向浮動(dòng)搜索算法和順序后向搜索算法與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則函數(shù)——馬氏距離函數(shù)相結(jié)合。封裝式特征選擇算法則是利用遺傳算法進(jìn)行特征空間的搜索,將支持向量機(jī)的分類準(zhǔn)確率用

5、于評(píng)價(jià)準(zhǔn)則函數(shù)的設(shè)計(jì)。組合式特征選擇算法分為兩步進(jìn)行,第一步運(yùn)用過濾式算法進(jìn)行初步的特征篩選,得到五組不同的特征集合后,對(duì)這五組特征集合進(jìn)行求并運(yùn)算,得到的新的特征集合作為第二步的輸入,第二步運(yùn)用基于遺傳算法和支持向量機(jī)的封裝算法進(jìn)行特征選擇,得到最終的一個(gè)接近最優(yōu)的特征集合。組合式特征選擇算法既結(jié)合了傳統(tǒng)的特征順序過濾式方法又在此基礎(chǔ)上運(yùn)用了基于遺傳算法和支持向量機(jī)的封裝方法,既利用遺傳算法優(yōu)化搜索特征空間,又克服了傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)和單純使

6、用封裝方法的效率問題。基于肝臟CT圖片的計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)中的特征提取和特征選擇算法的研究使得診斷的效率和準(zhǔn)確率大大提高。文中提取出肝臟的紋理特征,對(duì)于各種組合的高維特征集合進(jìn)行特征選擇,找出最接近最優(yōu)的特征組合用于分類識(shí)別,并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)各種算法的性能進(jìn)行比較和驗(yàn)證。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：1.運(yùn)用肝臟的多期CT圖片。2.運(yùn)用多種評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。3.運(yùn)用多種順序特征選擇算法相結(jié)合,有效的做到采取各種算法的優(yōu)點(diǎn),避免其缺點(diǎn)。將過濾方法(filt