基于漫反射光谱的宫颈癌检测与分类系统研究

发布时间：2020-06-02 08:58

【摘要】：宫颈癌呈现逐年增加和年轻化趋势,严重威胁女性生命健康,目前临床检测方法缺乏一种组织无伤的高效检测方法。本文利用漫反射光谱技术开发了一套方便易携、实时在体的宫颈癌检测与分类系统,能够根据光谱特征构建并升级神经网络分类模型,对病人进行宫颈癌筛查。本研究的主要工作如下:1.设计完成了检测与分类系统的硬件平台,包括光谱采集子系统和图像采集子系统。光谱采集子系统由光谱仪、光源、双光纤探头组成,用于光谱数据采集。图像采集子系统包括CCD相机、聚焦镜头和内窥镜探头组成,用于提供宫颈组织病变部位的空间位置信息。2.开发了基于Labwindows的软件系统,包括采集模块、处理模块和辅助模块。采集模块用于采集并保存光谱和图像信息;处理模块用于光谱特征计算、神经网络模型构建、结果预测;辅助模块用于查询数据库信息和打印报告。3.设计完成了定标实验和动物验证实验。通过定标实验完成组织光学参数的定标。通过裸鼠肿瘤实验验证了正常组织和肿瘤组织的光谱特征有区别,构建神经网络模型能够区分两种组织。4.设计完成了临床志愿者试验。提出了筛选合格光谱的方法,采用两种方式提取光谱特征,利用一对一和一对其余两种分类策略,分别建立神经网络和支持向量机的模型,比较了模型分类效果。研究结果表明,本研究所开发的系统能够用于宫颈癌检测和分类,该系统具有一定的临床应用价值。
【图文】：

摩尔消光系数

数示单色光子传输过程中每单位长度上衰减的可能性。光的吸收程吸收系数用公式（2-1）表示，式中的 I 为当前时间点光路上光子的之后单位路径内光子被吸收的能量衰减量，dx 为单位路径，吸收是 cm-1或者 mm-1。摩尔吸光系数是指浓度为 1 mol/L 时的吸光系/adIdxIμ = 中，紫外至红外波段的吸收物质有细胞中的细胞色素、血红蛋白和物质浓度越高，说明宫颈组织有增生的可能性。图 2.1 为血红蛋白d Hemoglobin, HbO2)的在 240-1100 nm 范围的摩尔吸光系数，在 54收峰。本研究采用宫颈组织在 690 nm 处的吸收系数对病变进行分析室自行设计的系统，即 fNIRs 生物组织参数测量系统作为标准仪器进行吸收系数的定标，fNIRs 采用仿体定标块进行参数校正，定标 0.146 cm-1，在 834 nm 的光吸收系数为 0.143 cm-1。

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图 2.3 宫颈组织光谱图2.3 宫颈癌分类算法应用于癌症分类的算法有多种，主要主成分分析、支持向量机和神经网络等算法等。张家进等利用 PCA 和 Logistic 回归建立子宫内膜癌分类模型，结果表明，Logistic 回归模型的分类归属结果和临床结果很相似，并且样本分类正确，PCA 与 Logistic 回归是一种利用近红外光谱建模检测癌症组织的可行方法[62]。夏代林等使用小波多尺度分析法进行荧光光谱特征量的提取，作为输入进行 BP 神经网络建模对早期结肠癌分类，对正常组与病变组的灵敏度与特异性分别为 98.91%和 97.2%[63]。余发军等利用主成分分析对乳腺癌的紫外吸收光谱提取主成分，利用神经网络建模，对癌症识别率为 83.6%，，非癌症识别率为 76.3%[64]。李丹婷等利用支持向量机(Support Vector Machines
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R737.33;TP391.41;TP311.52

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