[發(fā)明專利]一種基于拉曼檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的口腔癌分類系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011409383.X
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN112716447A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 祝連慶;閆昊;于明鑫;董明利;何巍;莊煒;張旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00
• 代理公司: 北京律恒立業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

1.一種基于拉曼檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，所述分類系統(tǒng)包括以下步驟：

1)拉曼光譜數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理；

2)構(gòu)建并訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

3)評(píng)價(jià)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

4)測(cè)試樣本，進(jìn)行分類。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，所述拉曼光譜數(shù)據(jù)的采集包括以下步驟：

1)打開激光，保持5-10min

2)對(duì)每個(gè)口腔癌組織樣本的三個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)光譜的采集時(shí)間為20s，截取600cm^-1至1800cm^-1的拉曼光譜數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，所述拉曼光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：平滑處理、歸一化處理和熒光背景消除；

所述平滑處理為使用Savitzky-Golay濾波擬合法提高光譜的平滑性，并降低噪音的干擾，采用最小二乘法，包括以下步驟：

A、對(duì)多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，用以減小平滑對(duì)有效的光譜信息造成干擾，最小二乘擬合通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，p為經(jīng)Savitzky-Golay擬合后的擬合值，x為拉曼光譜數(shù)據(jù)，a_k為多項(xiàng)式方程系數(shù)；

B、采用最小二乘法求得a_k，根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

當(dāng)可得到多項(xiàng)式方程系數(shù)a_k，其中，ε表示誤差平方和，n表示數(shù)據(jù)范圍，a_k為多項(xiàng)式方程系數(shù)，M表示數(shù)據(jù)中的某一點(diǎn)，N為多項(xiàng)式系數(shù)個(gè)數(shù)；

所述歸一化處理通過以下公式進(jìn)行計(jì)算處理：

其中，n為總波長數(shù)，x_normal表示歸一化后數(shù)值，x_i表示礦物物質(zhì)拉曼光譜數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，步驟2)中所述構(gòu)建并訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括以下步驟：

A、通過一層卷積層，提取出光譜的特征，通過卷積運(yùn)算以使得原始信號(hào)的某些特征增強(qiáng)，并且降低噪聲，通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，xⁱ和y^j分別是第i個(gè)輸入映射和第j個(gè)輸出映射；

k^ij是映射i和j之間的卷積核，*表示卷積；

b^j是第j個(gè)映射的偏置參數(shù)；

B、通過卷積層后再通過一層池化層，減少數(shù)據(jù)處理量同時(shí)保留有用信息，通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，卷積層輸出映射，為池化層輸入映射，s表示范圍，m表示范圍中的量。

C、重復(fù)步驟A和步驟B一次，進(jìn)一步提煉特征，增加分類的準(zhǔn)確度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，步驟3)中所述的評(píng)價(jià)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為使用交叉熵表示損失函數(shù)，通過以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，x_n是訓(xùn)練光譜，t_n是第n個(gè)樣本的真實(shí)標(biāo)簽，x_n是第n個(gè)樣本的網(wǎng)格預(yù)測(cè)，其中#C是分類C中的樣本數(shù)。N是樣本總數(shù)，K是類別總數(shù)，w表示權(quán)重。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，步驟4)中所述樣本為未知種類口腔癌樣本。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述口腔癌分類系統(tǒng)，其特征在于，所述激光的功率為100mW。