[發(fā)明專利]一種基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的腹腔CT圖像腹膜轉(zhuǎn)移自動(dòng)標(biāo)記方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811061701.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN109191452B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛玉靜;杜娟;劉松;顧慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué);南京鼓樓醫(yī)院
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的腹腔CT圖像腹膜轉(zhuǎn)移自動(dòng)標(biāo)記方法，其特征在于，包括步驟如下：

1)讀取腹腔CT圖像，對(duì)其進(jìn)行截取、濾波、去噪、平滑、增強(qiáng)的預(yù)處理工作；采用閾值分割技術(shù)對(duì)腹腔CT圖像進(jìn)行區(qū)域分割，獲取顆粒圖像；

2)基于分割后的CT圖像，選取顆粒圖像，分別提取灰度和紋理特征，構(gòu)建CT圖像的特征向量；

3)基于隨機(jī)游走分類算法計(jì)算未標(biāo)記CT圖像的標(biāo)記不確定性；

4)基于標(biāo)記不確定性初次篩選未標(biāo)記CT圖像，采用聚類技術(shù)計(jì)算圖像多樣性再次篩選CT圖像，提醒 專家標(biāo)記篩選出的CT圖像；返回步驟3)，直至不存在標(biāo)記不確定的CT圖像；

5)完成所有腹腔CT圖像的腹膜轉(zhuǎn)移標(biāo)記，并輸出已標(biāo)記的腹腔CT圖像；

所述步驟3)中計(jì)算未標(biāo)記腹腔CT圖像標(biāo)記不確定性的處理過程是：令已有n_l張專家已標(biāo)記CT圖像，n_u張未標(biāo)記CT圖像，共有n＝n_l+n_u張CT圖像，x_i∈[0，1]^d代表第i張CT圖像的特征向量，d為向量維數(shù)；首先采用距離衡量CT圖像間的相似性，給定CT圖像x_i，x_j，其距離dist(x_i，x_j)計(jì)算公式如下：

其中，T為向量的轉(zhuǎn)置，M為半正定對(duì)稱矩陣，M＝A^T×A，其中正交矩陣A使用隨機(jī)梯度下降法通過求解目標(biāo)函數(shù)獲得，公式如下：

其中，Ω_i為與已標(biāo)記CT圖像x_i屬于相同類別的已標(biāo)記CT圖像下標(biāo)集合，1≤i≤n_l，j為集合Ω_i中元素，l為下標(biāo)，1≤l≤n_l，n_l為已標(biāo)記的CT圖像數(shù)量，exp()為e指數(shù)函數(shù)；

然后基于距離指標(biāo)將CT圖像映射為n×n權(quán)重矩陣W∈R^n×n，n為CT圖像總數(shù)，其第i行第j列元素w_ij基于CT圖像x_i和CT圖像x_j間的距離計(jì)算，公式如下：

w_ij＝exp(-dist²(x_i，x_j))＝exp(-(x_i-x_j)^TM(x_i-x_j)) (7)

再定義n×n對(duì)角矩陣D∈R^n×n，其中對(duì)角線元素的計(jì)算公式如下：

除對(duì)角線元素外，矩陣D中其他元素為0；基于對(duì)角矩陣D和權(quán)重矩陣W計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重矩陣Q∈R^n×n，公式如下：

Q＝D^-1W (9)

矩陣Q被分解為四個(gè)子塊，公式如下：

其中Q_ll為 n_l×n_l矩陣， 代表已標(biāo)記圖像間的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重，Q_lu為 n_l×n_u矩陣， 代表未標(biāo)記圖像和已標(biāo)記圖像間的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重，Q_uu為 n_u×n_u矩陣， 代表未標(biāo)記圖像間的標(biāo)準(zhǔn)化權(quán)重，T代表矩陣轉(zhuǎn)置，n_l和n_u分別代表已標(biāo)記和未標(biāo)記的CT圖像數(shù)量；

接下來將已標(biāo)記CT圖像的狀態(tài)設(shè)置為吸收態(tài)，未標(biāo)記CT圖像的狀態(tài)設(shè)置為非吸收態(tài)，計(jì)算帶吸收態(tài)的馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣G，公式如下：

其中I_ll(n_l×n_l)為單位矩陣，即對(duì)角線元素全部為1的對(duì)角矩陣，0_lu(n_l×n_u)為零矩陣；令集合L包含所有已標(biāo)記CT圖像，集合U包含所有未標(biāo)記CT圖像；基于轉(zhuǎn)移矩陣G計(jì)算未標(biāo)記CT圖像被已標(biāo)記CT圖像吸收的穩(wěn)態(tài)概率矩陣P(L|U)，公式如下：

其中I_uu(n_u×n_u)為單位矩陣；定義Y＝[y₁，y₂，...y_nl]^T為已標(biāo)記CT圖像的類標(biāo)向量，如果CT圖像x_i∈L，L為已標(biāo)記CT圖像集合，標(biāo)記為陽性，則y_i＝1，否則y_i＝0；令標(biāo)記為陽性的CT圖像集為L⁺，計(jì)算集合U中未標(biāo)記CT圖像被陽性標(biāo)記吸收的概率向量P(L⁺|U)，公式如下：

最后定義概率向量F＝[f₁，f₂，...f_nu]^T＝P(L⁺|U)，其中f_i代表未標(biāo)記CT圖像x_i屬于陽性標(biāo)記的概率；基于概率向量F，基于熵值法計(jì)算未標(biāo)記CT圖像x_i的標(biāo)記不確定性H(x_i)，公式如下：

H(x_i)＝-f_ilogf_i-(1-f_i)log(1-f_i) (14)。