頸動脈斑塊三維超聲圖像紋理特征提取及其在藥效評價中的應(yīng)用.pdf

1、在過去幾十年中，心腦血管疾病的發(fā)病率與死亡率在全世界范圍內(nèi)一直處于前列。心腦血管疾病的一個重要病理基礎(chǔ)是頸動脈粥樣硬化。大量臨床實驗結(jié)果表明，心腦血管臨床事件的發(fā)生與頸動脈粥樣硬化斑塊的破裂有直接的相關(guān)性。CT、磁共振成像、超聲等醫(yī)學(xué)影像為描述與判斷動脈粥樣硬化提供了可視化手段，尤其是超聲成像技術(shù)以其低成本、快捷、安全等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用于頸動脈粥樣硬化的早期診斷。目前超聲技術(shù)在頸動脈粥樣硬化方面的研究主要聚焦于如何利用二維超聲圖像及其所

2、定義的二維特征來有效地評價藥物對頸動脈斑塊的作用效果，而本文則重點討論了如何利用三維頸動脈超聲圖像以及所定義的二維與三維紋理特征，檢測阿伐他汀藥物治療后頸動脈斑塊可能發(fā)生的潛在變化，為后續(xù)治療效果的評價和治療方案的選擇奠定基礎(chǔ)。
　　本文所用實驗數(shù)據(jù)來自項目合作方加拿大Robarts研究所Fenster教授團隊，共包含30位受試者（13位接受阿伐他汀藥物治療，17位則服用安慰劑作為對照實驗組）。每位受試者以六個月為間隔對左右兩側(cè)頸

3、動脈分別采集其三維超聲圖像。從三維數(shù)據(jù)中分別提取一階灰度統(tǒng)計，灰度共生矩陣，差分矩陣，游程長矩陣，局部三值模式與Laws紋理能量等方法的二維與三維特征；然后，利用SVM分類器與10倍交叉驗證法對提取的特征數(shù)據(jù)進行分類評價，以驗證特征的有效性。我們首先從三維超聲圖像重采樣得到的二維圖像提取二維紋理特征，對實驗數(shù)據(jù)進行分類評價，通過特征組合與主成分分析法篩選優(yōu)化得到優(yōu)化特征子集。實驗結(jié)果表明，由該優(yōu)化特征子集得到的頸總動脈，頸內(nèi)動脈和頸外動

4、脈三個位置的分類準(zhǔn)確率均大于96％，靈敏度約為90%，特異性約為98%。同時，輔助以指標(biāo)陽性率，陰性率，馬修相關(guān)系數(shù)和約登指數(shù)以及ROC曲線的AUC值來驗證分類的有效性，初步證明用藥與未用藥圖像的紋理信息有明顯的變化，該藥物產(chǎn)生了一定的治療作用。
　　在二維紋理特征評價基礎(chǔ)上，我們定義了相對應(yīng)的三維圖像紋理特征，并應(yīng)用于三維頸動脈超聲圖像的評價。研究結(jié)果表明，在使用同一個藥效評價模型條件下，三維特征集合中灰度游程長矩陣特征對藥物治