【摘要】：高強(qiáng)度聚焦超聲技術(shù)(high intensity focused ultrasound,HIFU)是一種在腫瘤治療過程中采取了非侵入性方式的治療技術(shù)。因?yàn)榉乔秩胄缘奶攸c(diǎn),造就了它在臨床上用來治療腫瘤的廣泛性和實(shí)用性。高強(qiáng)度聚焦超聲實(shí)現(xiàn)體外無創(chuàng)或微創(chuàng)治療腫瘤的原理,主要基于它的高強(qiáng)度性和準(zhǔn)確性。超聲能夠準(zhǔn)確地在腫瘤靶區(qū)位置聚焦能量,使其產(chǎn)生瞬時(shí)高溫,從而使得靶區(qū)組織產(chǎn)生不可逆的凝固性壞死或變性。在HIFU治療過程中,組織損傷程度是評價(jià)該技術(shù)療效的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文研究以HIF U輻照新鮮離體豬肉組織的實(shí)驗(yàn)來模擬其體外治療腫瘤的過程。通過B超設(shè)備,獲取治療前后豬肉組織的超聲圖像,研究其圖像特征的變化,并對HIFU治療造成的組織損傷程度進(jìn)行療效評價(jià)。所做的主要工作如下。第一,建立在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,詳細(xì)地研究和分析了所獲取的圖像數(shù)據(jù),包括對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的篩選和預(yù)處理。從圖像特征的角度出發(fā),驗(yàn)證了不同劑量的HIFU治療對生物組織損傷程度形成的一般規(guī)律。第二,提取預(yù)處理后圖像的三個(gè)灰度特征,包括灰度均值、方差、和矩不變量Hu矩,并引入機(jī)器學(xué)習(xí)方法支持向量機(jī),對治療后的組織細(xì)胞變性與否進(jìn)行了定性的二分類判別。同時(shí)也提出了將小波變換與特征參數(shù)結(jié)合,從而引入小波系數(shù)均值、小波系數(shù)方差和小波系數(shù)Hu矩三個(gè)特征參數(shù)。結(jié)果表明小波系數(shù)Hu矩的總辨識率和小波系數(shù)方差相差不大,這兩種參數(shù)的辨識效果在六個(gè)參數(shù)中是比較好的。第三,介紹了三分類組織損傷等級判定方法,為進(jìn)行二次HIFU輻照提供數(shù)據(jù)的理論支持。不同的HIFU劑量對靶區(qū)組織細(xì)胞可造成不同程度的損傷面積,根據(jù)實(shí)際損傷面積可劃分為三個(gè)等級,分別為未發(fā)生凝固性熱損傷,凝固性損傷區(qū)域與焦域基本吻合和過度損傷。第四,提取圖像的灰度均值和小波系數(shù)均值,并引入K均值聚類方法,即可根據(jù)特征參數(shù)將組織損傷自動判別為三個(gè)等級。此外,還對基于單參數(shù)和雙參數(shù)的聚類效果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明:在組織損傷等級的總辨識率上,基于雙參數(shù)的聚類方法較單參數(shù)聚類方法有所提高,更能準(zhǔn)確地判定組織的損傷等級。第五,對三分類判定法作了拓展研究,提出根據(jù)參數(shù)值分布情況進(jìn)行三分類判定,而不是依靠人為測量的損傷面積進(jìn)行劃分。首先提取差值圖像的灰度均值和小波系數(shù)均值,再進(jìn)行奇異值分解(singular value decomposition,SVD)處理,最后經(jīng)過AP(affinity propagation,AP)聚類算法,即能實(shí)現(xiàn)更為客觀的組織損傷級別的劃分。本文從圖像處理的角度出發(fā),結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法,實(shí)現(xiàn)了對HIFU治療后組織損傷程度的評價(jià),為今后的研究提供了新的方向,對提高HIFU療效具有一定的實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：R454.3;TP391.41
【圖文】：

種常用的監(jiān)督型機(jī)器學(xué)習(xí)方法丨４３，４４］。支持向量機(jī)從字面上理解，可以逡逑拆分成“支持向量”和“機(jī)”�！爸С窒蛄俊笔侵阜植荚诜纸缑孢吘壍挠�(xùn)逡逑練樣本，而“機(jī)”可以解釋為算法，其圖形描述如圖２．１所示。逡逑ＳＶＭ算法的關(guān)鍵之處在于準(zhǔn)確找出符合樣本分類要求的最優(yōu)分類逡逑面，從而根據(jù)最優(yōu)分類面對線性可分的待測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類。以二分類逡逑為例，給定一組訓(xùn)練樣本（而，沾），《＝１，２，．－．，２，0：３螅В玻嶝｛±１｝，最優(yōu)超平逡逑面如式（２．１９）所示。逡逑（ｗ邋－邋ｘ）邋＋邋ｂ邋＝邋０邐（２．１９）逡逑

圖２．２邋ＳＶＭ算法圖形描述逡逑

§３．１實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)逡逑實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要部分是裝有ＨＩＦＵ源的Ｂ超成像儀器，通過計(jì)算機(jī)控制逡逑系統(tǒng)輔助完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集。如圖３．１所示。ＨＩＦＵ源產(chǎn)自深圳普羅惠逡逑仁醫(yī)療科技公司，其中心頻率為１．３８ＭＨｚ，幾何焦距為１６ｃｍ，最大輸出逡逑聲功率為３００ｗ。Ｂ超成像儀器產(chǎn)自ＰＨＩＬＩＰＳ公司，經(jīng)由Ｂ超獲取的圖像經(jīng)逡逑過ＰＣＩ８００１圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行保存。放置在ＨＩＦＵ源正下方逡逑的豬肉離體組織樣品需要被具有吸聲功能的橡膠包圍，以便準(zhǔn)確地安全逡逑地進(jìn)行ＨＩＦＵ輻照。逡逑Ｉ邐超聲亨頭邐｜邐｜超聲診斷系統(tǒng)逡逑／邋１邋＾逡逑去氧水邋媝吸Ｐｔｔｅ邐Ｉ邐丨邋Ｉ邋＿邐｜逡逑圖３．１實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)逡逑§３．２實(shí)驗(yàn)方案逡逑實(shí)驗(yàn)實(shí)際設(shè)備如圖３．２所示，圖３．２⑷為ＨＩＦＵ換能器，圖３．２（６）為Ｂ超成逡逑像儀器，圖３．３為計(jì)算機(jī)中ＨＩＦＵ治療軟件界面，具體實(shí)驗(yàn)操作步驟如下。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊W氭

本文編號：2788813