摘   要： 提出了一種基于B超圖像的甲狀腺結(jié)節(jié)特征提取與量化方法，并由此來(lái)鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性。首先通過(guò)對(duì)甲狀腺B超圖像的分析，對(duì)臨床鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的特征進(jìn)行量化，提取了不規(guī)則度、緊致度和銳度等共9個(gè)特征；然后根據(jù)類間距對(duì)各個(gè)特征的分類能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，選出類間距最大的特征(不規(guī)則度、衰減系數(shù)、縱橫比、緊致度和鈣化度)作為特征向量；最后，采用支持向量機(jī)（SVM）對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)進(jìn)行分類識(shí)別。研究結(jié)果表明，該方法的診斷精確度為91.25%，說(shuō)明此識(shí)別方法對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)超聲圖像具有較高的分類準(zhǔn)確性，有望為甲狀腺的臨床診斷提供有價(jià)值的參考。
關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)超聲圖像；特征提取；特征量化；支持向量機(jī)

    甲狀腺結(jié)節(jié)在臨床中十分常見，通過(guò)高分辨超聲發(fā)現(xiàn)，人群甲狀腺結(jié)節(jié)的患病率為19%~67%，其中，甲狀腺癌占5%~15%[1]。由于甲狀腺結(jié)節(jié)的發(fā)病原因未知，只有盡早地發(fā)現(xiàn)、確診，才能提高甲狀腺癌的治愈率。B超具有無(wú)創(chuàng)、動(dòng)態(tài)和廉價(jià)等特點(diǎn)，已成為甲狀腺結(jié)節(jié)術(shù)前檢查的首選方法[2]。當(dāng)前，醫(yī)學(xué)圖像的臨床分析主要通過(guò)醫(yī)生對(duì)圖像的定性判別來(lái)完成。使用的特征和診斷標(biāo)準(zhǔn)不同，缺乏圖像特征的定量度量以及視覺(jué)感知上的差異,導(dǎo)致不同醫(yī)生對(duì)于同一病例的診斷結(jié)果存在差異。
    超聲圖像的分類已被廣泛應(yīng)用于肝臟、乳腺等處的不同疾病的計(jì)算機(jī)輔助診斷中。但由于甲狀腺癌生物學(xué)特性多變，多源性多種性質(zhì)結(jié)節(jié)并存，從臨床表現(xiàn)和影像學(xué)特征上與良性病變常難以區(qū)別，使得普通超聲成像在甲狀腺疾病的診斷上價(jià)值有限，因此,目前針對(duì)超聲圖像的甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性識(shí)別的研究也相對(duì)較少。此外，現(xiàn)在的多數(shù)圖像識(shí)別方法都是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器對(duì)圖像進(jìn)行分類，而且針對(duì)病灶特征的提取不全面，導(dǎo)致分類結(jié)果不甚理想。支持向量機(jī)(SVM)是統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論最年輕、最實(shí)用的內(nèi)容，現(xiàn)已成為繼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之后新的研究熱點(diǎn)。本文將臨床鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的依據(jù)進(jìn)行分類、量化，并選擇出類間距最大的5個(gè)向量作為支持向量機(jī)的輸入向量組合,對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別分類。
1 甲狀腺結(jié)節(jié)超聲圖像的特征提取
    在臨床應(yīng)用中，醫(yī)生一般根據(jù)表1列出的特征來(lái)判別甲狀腺結(jié)節(jié)的惡性和良性[3]。由表1可知，惡性結(jié)節(jié)圖像和良性結(jié)節(jié)圖像在形狀、邊界、回聲和鈣化等特征上都存在不同，結(jié)節(jié)的良、惡性可以依據(jù)這些特征的差異區(qū)別開。

 
       RB在一定程度上與成像儀器和設(shè)置參數(shù)有關(guān)。
1.2.6 鈣化特征
    在高頻超聲圖像上，鈣化可分為微鈣化(≤1 100 u的針尖樣強(qiáng)光點(diǎn))、粗鈣化(>1 100 u的強(qiáng)光團(tuán))和弧形鈣化(腫塊表面弧形或環(huán)形強(qiáng)光帶后伴聲影)3種類型。經(jīng)臨床證實(shí)，惡性組中鈣化檢出率明顯高于良性，而且大部分為微鈣化。針對(duì)此種特性，采用鈣化度(Calcification)進(jìn)行量化。
     設(shè)鈣化≤1 100 u的強(qiáng)光點(diǎn)內(nèi)像素個(gè)數(shù)為v1,微鈣化點(diǎn)的個(gè)數(shù)為n，結(jié)節(jié)內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)為v，鈣化度定義為：
    
    類間距D越大，則表示該特征對(duì)于分類識(shí)別的能力越強(qiáng)。由表2可以觀察到有5個(gè)特征的類間距大于1，分別是不規(guī)則度、衰減系數(shù)、縱橫比、緊致度和鈣化度，說(shuō)明這5個(gè)特征對(duì)于甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性識(shí)別能力較強(qiáng)。其中,不規(guī)則度特征的類間距為1.954 7，表明結(jié)節(jié)不規(guī)則度是區(qū)分結(jié)節(jié)的良惡性最有效特征。本文提取不規(guī)則度、衰減系數(shù)、縱橫比、緊致度和鈣化度作為特征向量組合，對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別。
2 支持向量機(jī)原理
      SVM是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論發(fā)展而來(lái)的一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法[4]。其基本思想是：通過(guò)分析相關(guān)性找到空間映射函數(shù)，將輸入向量映射到高維特征空間，在映射后的空間中尋找一個(gè)最優(yōu)的分界面(超平面)。在尋找最優(yōu)分界面時(shí)，依據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則，得到的最優(yōu)分界面不但能將兩類無(wú)錯(cuò)誤地分開,而且使兩類分類間隔(Margin)最大，并巧妙地利用原空間的核函數(shù)代替高維特征空間中的點(diǎn)積，避免了復(fù)雜計(jì)算。
   
    K(xi,xj)被稱為核函數(shù)，SVM的基本核函數(shù)主要有線性核函數(shù)、多項(xiàng)式核函數(shù)、徑向基函數(shù)和Sigmoid函數(shù)：

    經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，C=100，δ=0.5時(shí),診斷系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。
    甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的診斷需要綜合運(yùn)用臨床、影像和病理學(xué)等知識(shí)和技術(shù)手段，早發(fā)現(xiàn)、早治療仍然是現(xiàn)階段有效提高惡性結(jié)節(jié)治愈率的主要措施。本文將各類特征進(jìn)行精確量化，選取緊致度、不規(guī)則度、縱橫比、衰減系數(shù)和鈣化度作為特征向量組，采用徑向基函數(shù)作為支持向量機(jī)的核函數(shù)進(jìn)行分類。該識(shí)別方法對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)超聲圖像具有較高的分類準(zhǔn)確性,準(zhǔn)確率達(dá)到91.25%，有望提高甲狀腺癌超聲早期診斷的準(zhǔn)確性。
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