基于微波的乳腺癌检测算法研究
发布时间：2020-07-20 15:43
【摘要】：近年来,我国癌症发病率逐年上升,其中乳腺癌在女性癌症发病率中的占比不断提高。最新的研究成果表明,乳腺癌已经取代子宫癌在女性癌症发病率上排名第一,成为威胁女性生命安全的主要疾病。统计数据显示我国乳腺癌发病率的增速是世界平均水平的两倍,乳腺癌患者的增长在一线城市尤其明显。临床医学研究表明,如果可以在乳腺癌发病早期介入治疗,患者的5年生存率将大于90%。因此开展乳腺癌检测的相关研究具有重要的理论与现实意义。磁共振成像,X-光成像和超声成像等技术是目前临床医学领域广泛使用的乳腺癌检测方法,但它们分别面临检测费用高,具有放射性,误报率高等缺点,因而并不适合作为一种日常的,具有较高时间粒度的检测手段。微波乳腺癌检测技术具有较高的空间分辨率,同时可以进行高频次的检测而不会给人体带来损害。作为一种潜在的非侵入式检测手段,近年来它受到了越来越多研究者的关注。根据对乳腺微波检测数据处理方法的不同,基于微波的乳腺癌检测方法分为基于成像和基于机器学习两种。本课题重点研究了基于机器学习的检测方法。本课题首先针对微波乳腺信号的高维特性,提出了基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和双树复小波变换(Dual-tree Complex Wavelet Transform,DTCWT)等时频分析工具的特征提取方案,从原始信号的子带信号中提取预定义的统计特征,完成了原始信号的特征提取和降维。然后构建了基于支持向量机(2v-SVM)和奈曼-皮尔森准则(Neyman-Pearson,NP)的代价敏感集成选择分类器,可以在给定的假阳率(False Positive Rate,FPR)下完成最优分类器集合的选择,进而最终完成微波乳腺信号的检测。本课题还针对“不平衡学习(Imbalanced learning)”问题,开展了基于分布的样本集再平衡研究。不平衡学习问题是指样本集中不同类别的样本数量差距较大的现象,它广泛存在于实际的生产生活中尤其是医疗,金融等领域,如本文的微波乳腺数据的健康和异常样本的比例接近3:1。这种样本集的不均衡性通常导致传统的分类器模型偏向多数类样本而无法获得最优的决策面。我们提出了一种基于分布的可信子集提取和少数类样本生成方法。论文首先估计样本集中每个样本相对本类样本集和另一类样本集的异常程度,然后根据该异常程度分别选取合适的子集作为可信集。进而使用该可信集进行少数类样本的合成,并完成数据集的再平衡。在微波乳腺数据集和若干其它公开数据集上的实验结果证明了该方案的有效性。最后,本文还研究了类似微波乳腺数据的大数据量高维数据集的半监督学习问题。论文构造了一种基于深度自编码和最近邻的混合半监督检测模型,该模型将高维数据非线性映射到低维空间后,利用该特征空间下总体样本的若干子集构建一种改进的LPE半监督分类器,不但可以提高半监督学习器在距离度量上的鲁棒性,还可以降低在最近邻信息的计算复杂度。最后根据多个检测器的检测结果进行分类器级的数据融合完成检测。为进一步开展基于深度网络的微波乳腺检测奠定了基础。本论文在实采的微波乳腺数据集和若干公开数据集上对所提的相关算法进行了测试,验证了相关方法的性能。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R737.9;TP181
【图文】：
乳房进行照射后，可以穿透乳腺不同组织的Ｘ射线在荧屏或者胶片上具有不同逡逑的强度。这种强度的变化可以产生乳房的黑白图像。放射专家可以根据该图像逡逑对乳房内部的情况进行判别，进而判断是否发生了肿瘤。图１－１为Ｘ光乳腺成逡逑像示意图。逡逑虽然乳房Ｘ光技术具有检测费用低、开展早、普及率高等优点，但是它对于无逡逑钙化的肿瘤组织具有较低的灵敏度，因而存在漏检率较高的问题。同时Ｘ射线逡逑具有诱发癌变的风险，一年内不可开展多次检查，频繁的检测反而会增加罹患逡逑乳腺癌的风险；另外Ｘ射线是一种投影技术，成像时需要对乳房进行挤压，这逡逑种挤压会使患者产生不适感；对年轻女性来说，乳房组织主要是腺体，它会对逡逑成像结果具有较大的干扰；对于孕妇来说，也不适宜进行乳房的挤压［２７，％。因逡逑此它不适宜作为一种时间粒度较高的常规的检测手段。逡逑（ａ）乳房Ｘ光检测设备逦（ｂ）乳房Ｘ光
间位置的变化而变化，每一个位置的磁场强度大小和方向均不相同。位于人体逡逑内部的氢原子根据磁场的变化产生不同的反应，通过记录这种反应就可以获取逡逑水分子在人体的分布信息，进而获得人体内部结构的图像［３２］。图１－３为磁共振逡逑设备和乳房的磁共振成像示意图。逡逑n牛埃板义希ǎ幔┐殴舱窦觳樯璞稿危ǎ猓┤榉看殴舱裢枷皴义贤迹保冲宕殴舱窦觳樯璞负腿榉看殴舱裢枷皴义洗殴舱癯上窦际蹩梢苑从θ颂宓亩浠哂芯雀撸薹涞扔诺悖梢藻义咸峁┍绕渌９婕觳夥椒ǜ嗟男畔ⅰ５币泊嬖诒鸬娜钡悖欢ǔ潭壬献桢义习烁眉际醯挠τ茫纾河捎谇看懦〉脑颍殴舱窦际醪皇视谔迥谟写沤鹗翦义系幕颊撸膊皇视诎沧坝衅鸩鞯牟∪耍凰媸奔浔浠奶荻瘸】赡芑嵋鹜庵苠义仙窬朔埽踔烈鹦脑嘈朔芑蛘鸩辉诵泄讨械脑肷赡艿贾禄颊咛κ苠义纤穑晃薹觳馕⒏苹娜橄侔┑龋詈蟾甙旱募觳夥延靡驳贾缕洳皇室俗魑诲义铣＜嗖獾氖侄危郏常常撸常担荨ｅ义希矗┱缱臃⑸涠喜闵杓际蹂义险缱臃⑸涠喜闵枰脖怀莆校牛裕ü袢∪颂逑赴疃钡耐枷窠兄族义狭黾觳狻Ｊ紫然颊弑蛔⑸湟恢痔抢嗪臀⒘糠派湫栽氐幕旌衔
本文编号：2763639
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R737.9;TP181
【图文】：
乳房进行照射后，可以穿透乳腺不同组织的Ｘ射线在荧屏或者胶片上具有不同逡逑的强度。这种强度的变化可以产生乳房的黑白图像。放射专家可以根据该图像逡逑对乳房内部的情况进行判别，进而判断是否发生了肿瘤。图１－１为Ｘ光乳腺成逡逑像示意图。逡逑虽然乳房Ｘ光技术具有检测费用低、开展早、普及率高等优点，但是它对于无逡逑钙化的肿瘤组织具有较低的灵敏度，因而存在漏检率较高的问题。同时Ｘ射线逡逑具有诱发癌变的风险，一年内不可开展多次检查，频繁的检测反而会增加罹患逡逑乳腺癌的风险；另外Ｘ射线是一种投影技术，成像时需要对乳房进行挤压，这逡逑种挤压会使患者产生不适感；对年轻女性来说，乳房组织主要是腺体，它会对逡逑成像结果具有较大的干扰；对于孕妇来说，也不适宜进行乳房的挤压［２７，％。因逡逑此它不适宜作为一种时间粒度较高的常规的检测手段。逡逑（ａ）乳房Ｘ光检测设备逦（ｂ）乳房Ｘ光
间位置的变化而变化，每一个位置的磁场强度大小和方向均不相同。位于人体逡逑内部的氢原子根据磁场的变化产生不同的反应，通过记录这种反应就可以获取逡逑水分子在人体的分布信息，进而获得人体内部结构的图像［３２］。图１－３为磁共振逡逑设备和乳房的磁共振成像示意图。逡逑n牛埃板义希ǎ幔┐殴舱窦觳樯璞稿危ǎ猓┤榉看殴舱裢枷皴义贤迹保冲宕殴舱窦觳樯璞负腿榉看殴舱裢枷皴义洗殴舱癯上窦际蹩梢苑从θ颂宓亩浠哂芯雀撸薹涞扔诺悖梢藻义咸峁┍绕渌９婕觳夥椒ǜ嗟男畔ⅰ５币泊嬖诒鸬娜钡悖欢ǔ潭壬献桢义习烁眉际醯挠τ茫纾河捎谇看懦〉脑颍殴舱窦际醪皇视谔迥谟写沤鹗翦义系幕颊撸膊皇视诎沧坝衅鸩鞯牟∪耍凰媸奔浔浠奶荻瘸】赡芑嵋鹜庵苠义仙窬朔埽踔烈鹦脑嘈朔芑蛘鸩辉诵泄讨械脑肷赡艿贾禄颊咛κ苠义纤穑晃薹觳馕⒏苹娜橄侔┑龋詈蟾甙旱募觳夥延靡驳贾缕洳皇室俗魑诲义铣＜嗖獾氖侄危郏常常撸常担荨ｅ义希矗┱缱臃⑸涠喜闵杓际蹂义险缱臃⑸涠喜闵枰脖怀莆校牛裕ü袢∪颂逑赴疃钡耐枷窠兄族义狭黾觳狻Ｊ紫然颊弑蛔⑸湟恢痔抢嗪臀⒘糠派湫栽氐幕旌衔
本文编号：2763639
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