BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖像不變矩在布-加綜合征類型識(shí)別中的應(yīng)用研究.pdf

1、目的：布－加綜合征(Budd－Chiari syndrome，BCS)是肝靜脈和(或)其開(kāi)口以上的下腔靜脈阻塞所導(dǎo)致的門靜脈和(或)下腔靜脈高壓的臨床癥狀和體征。布-加綜合征的分型標(biāo)準(zhǔn)對(duì)介入治療有重要的指導(dǎo)意義，在對(duì)布－加綜合征分型不當(dāng)時(shí)容易導(dǎo)致臨床誤診和誤治。數(shù)字減影血管造影(Digital subtraction angiography，DSA)是診斷布-加綜合征的常用方法，可直接顯示肝靜脈阻塞或下腔靜脈病變的部位、范圍、程度和形態(tài)

2、。本研究在對(duì)BCS的DSA圖像進(jìn)行處理基礎(chǔ)上，利用微分算子邊緣提取技術(shù)，提取并顯示出阻塞血管的邊緣，計(jì)算了反映阻塞血管邊緣圖像形態(tài)的Hu不變矩特征指標(biāo)。對(duì)DSA圖像的不變矩特征指標(biāo)與其分型之間的關(guān)系進(jìn)行了探索。建立了適用于BCS類型識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)基于圖像不變矩特征指標(biāo)的BCS的DSA圖像檢索進(jìn)行了初步探索，為BCS患者的臨床診療提供參考依據(jù)。
　　方法：收集徐州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院2006年1月至2010年3月期間，182

3、例布加綜合征患者的DSA影像資料。其中男性91例，女性91例；肝靜脈阻塞型33例(男19例，女14例)；下腔靜脈阻塞型112例(男53例，女59例)；混合性阻塞型37例(男19例，女18例)。
　?、倮盟占降牟?加綜合征患者的造影前和造影后圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)等處理后進(jìn)行相減得到DSA圖像。利用邊緣檢測(cè)算子對(duì)所得到的布-加綜合征患者DSA圖像的血管阻塞區(qū)域進(jìn)行邊緣提取。分析比較不同微分算子對(duì)BCS的DSA圖像的邊緣提取效果，確

4、定了用Canny算子對(duì)BCS的DSA圖像進(jìn)行邊緣提取，并通過(guò)適當(dāng)調(diào)整canny算子的參數(shù)，得到效果最佳的阻塞血管邊緣圖像；②圖像的Hu不變矩指標(biāo)具有對(duì)圖像的旋轉(zhuǎn)、平移和尺度變化的不變性，根據(jù)BCS的DSA邊緣圖像的特點(diǎn)，用MATLAB編程計(jì)算出不同類型BCS的DSA邊緣圖像的Hu不變矩形狀特征參數(shù)。由于在離散狀態(tài)下，不變矩會(huì)受到縮放的影響，為了使其滿足縮放不變性，對(duì)BCS的DSA的邊緣圖像的7個(gè)Hu不變矩進(jìn)行擴(kuò)展運(yùn)算得到R1、R2、R3

5、、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10共10個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)BCS的DSA的邊緣圖像的形狀特征。為了排除BCS的DSA邊緣圖像特征參數(shù)中冗余的特征參數(shù)，以減少運(yùn)算量，提高識(shí)別率。對(duì)10個(gè)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，以±0.6為相關(guān)性閾值選取得到R1、R3、R4、R6、R7、R10共6個(gè)指標(biāo)作為BCS的DSA圖像相對(duì)獨(dú)立的形態(tài)特征。在此基礎(chǔ)上建立了BCS的DSA圖像特征數(shù)據(jù)庫(kù)。③人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種自適應(yīng)動(dòng)力

6、學(xué)信息分析處理系統(tǒng)。本文從182例BCS的DSA圖像特征數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)選取164例構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練集，剩下的18例構(gòu)成測(cè)試集，用訓(xùn)練集對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，用測(cè)試集對(duì)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，建立適用于BCS類型識(shí)別的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。④基于內(nèi)容的圖像檢索系統(tǒng)是通過(guò)比較查詢圖像和圖像庫(kù)中圖像在視覺(jué)特征上的相似程度進(jìn)行檢索。在醫(yī)學(xué)圖像檢索過(guò)程中，當(dāng)形狀、紋理等特征指標(biāo)提取完成后，利用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行相似性度量。本文根據(jù)歐氏距離相似性度量原

7、理，對(duì)基于圖像不變矩特征指標(biāo)的布-加綜合征患者DSA圖像進(jìn)行檢索。在檢索過(guò)程中，閾值的選取對(duì)檢索結(jié)果有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，閾值越小，檢索圖像效果越好，如果增大閾值，檢索到的圖像數(shù)目會(huì)增加，但效果可能會(huì)略差。
　　結(jié)果：①不同微分算子在BCS病例的DSA圖像阻塞血管邊緣提取中應(yīng)用的研究結(jié)果表明，Canny算子能在噪聲抑制和邊緣檢測(cè)之間取得較好的平衡，結(jié)果表明基于Canny算子得到的邊緣檢測(cè)結(jié)果綜合效果最佳，不僅很好地抑制了噪聲，還

8、保持了邊緣的連續(xù)性，而且邊緣細(xì)而清晰，細(xì)節(jié)較為豐富。具有很好的邊緣檢測(cè)性能。②不同類型BCS病例的DSA圖像的Hu不變矩參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，肝靜脈阻塞型一階矩均值最大，下腔靜脈阻塞型的二階矩均值最小，混合性阻塞型的4階矩均值最大，不同類型BCS病例的DSA圖像Hu不變矩參數(shù)有差別，可以利用其作為BCS的DSA圖像的特征指標(biāo)。③所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)訓(xùn)練集的測(cè)試精度為100％，對(duì)測(cè)試集的測(cè)試精度為83.3％，表明所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

9、模型可以仿真對(duì)應(yīng)的輸入指標(biāo)(BCS的DSA圖像的Hu不變矩參數(shù))、輸出(相應(yīng)的BCS類型)之間的關(guān)系。④根據(jù)提取得到的布加綜合征DSA圖像的不變矩特征指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用歐氏距離作為相似性度量指標(biāo)，選取適當(dāng)閥值進(jìn)行圖像檢索。編程計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)所輸入的查詢圖像，根據(jù)6個(gè)特征指標(biāo)能夠得到較為符合的檢索圖像。并且，可以通過(guò)采用改變閾值的方法取得較為精確的檢索圖像，為BCS的臨床診療提供參考。
　　結(jié)論：①利用微分算子對(duì)布-加綜合征患者的D

10、SA圖像進(jìn)行邊緣提取，可以顯示阻塞血管的邊緣形態(tài)，為BCS的分型及介入治療提供依據(jù)。同時(shí)還可以為BCS的進(jìn)一步相關(guān)研究，例如為下腔靜脈造影中肝靜脈開(kāi)口位置的確定、BCS介入治療中最佳破膜點(diǎn)的選取等提供依據(jù)。②在利用微分算子提取BCS的DSA阻塞血管邊緣形態(tài)圖像，計(jì)算其BCS特征形態(tài)的Hu不變矩參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以建立適用于BCS分型研究的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。為BCS分型研究的智能化提供新途徑。③基于BCS的DSA圖像形態(tài)特征參數(shù)和歐氏距