[發(fā)明專利]基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010062519.8
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111276181B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田捷;馬喜波;孫崢;王宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B40/00;G06V10/764;G06V10/82;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 北京市恒有知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法，其特征在于，該示蹤方法包括：

步驟S10，獲取無創(chuàng)在體干細胞對應(yīng)的熒光強度向量，并結(jié)合生物體表節(jié)點進行光子密度強度歸一化處理，獲得歸一化體表節(jié)點熒光強度向量：

步驟S11，抽取所述熒光強度向量中生物體表節(jié)點對應(yīng)的熒光強度，獲得體表節(jié)點熒光強度向量；

步驟S12，對所述體表節(jié)點熒光強度向量進行光子密度強度歸一化處理，獲得歸一化體表節(jié)點熒光強度向量；

步驟S20，基于所述歸一化體表節(jié)點熒光強度向量，通過訓練好的無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)，獲取所述無創(chuàng)在體干細胞的位置向量；

步驟S30，基于所述無創(chuàng)在體干細胞的位置向量實現(xiàn)無創(chuàng)在體干細胞示蹤；

其中，所述無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)為基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的用于獲取無創(chuàng)在體干細胞的位置向量并進行無創(chuàng)在體干細胞示蹤的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

所述無創(chuàng)在體干細胞對應(yīng)的熒光強度向量通過仿真軟件生成，其方法為：

步驟F10，采集生物待示蹤部位的CT圖像，并分割成不同的組織；

步驟F20，通過Amira軟件對分割后的CT圖像進行離散化，賦予各組織設(shè)定的光學參數(shù)；

步驟F30，通過MOSE軟件對Amira軟件處理后的數(shù)據(jù)進行仿真，獲取生物待示蹤部位的熒光強度向量集合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法，其特征在于，所述光子密度強度歸一化，其方法為：

其中，Φ_i為第i個生物體表細胞對應(yīng)的光子密度強度，Φ_max、Φ_min分別代表生物體表細胞對應(yīng)的光子密度強度的最大值、最小值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法，其特征在于，所述無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，其訓練方法為：

步驟B10，通過權(quán)利要求1所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法步驟S10方法，獲取訓練樣本集中每一個訓練樣本對應(yīng)的歸一化體表節(jié)點熒光強度向量；獲取訓練樣本對應(yīng)的位置向量，通過反距離加權(quán)方法計算所述位置向量的置信度作為標簽數(shù)據(jù)；

步驟B20，隨機選取一個訓練樣本對應(yīng)的歸一化體表節(jié)點熒光強度向量，轉(zhuǎn)換為體表熒光二維灰度圖；

步驟B30，通過無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)對所述體表熒光二維灰度圖進行卷積池化操作以及全連接分類操作，獲取訓練樣本的預(yù)測位置向量；

步驟B40，通過預(yù)設(shè)的損失函數(shù)計算所述訓練樣本的預(yù)測位置向量與標簽數(shù)據(jù)之間的損失值；

步驟B50，若所述損失值大于設(shè)定閾值，則更新所述無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并跳轉(zhuǎn)步驟B20，直至所述損失值小于設(shè)定閾值，獲得訓練好的無創(chuàng)在體干細胞示蹤網(wǎng)絡(luò)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法，其特征在于，步驟B10中“通過反距離加權(quán)方法計算所述位置向量的置信度作為標簽數(shù)據(jù)”，其方法為：

其中，x_i代表第i個節(jié)點處的光子密度強度值，B表示目標位置節(jié)點的鄰域節(jié)點集合，p₀代表目標位置節(jié)點，p_i代表目標位置節(jié)點的鄰域節(jié)點，q為可調(diào)節(jié)的冪參數(shù)，λ為區(qū)分腫瘤區(qū)域和非腫瘤區(qū)域的權(quán)重值。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無創(chuàng)在體干細胞示蹤方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的損失函數(shù)為：

其中，H(p,q)代表訓練樣本x的預(yù)測位置向量與標簽數(shù)據(jù)之間的損失值，q(x)為訓練樣本x的預(yù)測位置向量，p(x)為訓練樣本x的標簽數(shù)據(jù)。