[00133177]智慧医疗中大数据分析的基础理论和语义融合技术

课题“智慧医疗中大数据分析的基础理论和语义融合技术”是国家基金联合基金项目。基于医疗大数据的疾病诊断与健康服务关系到人们的健康与幸福,是智慧医疗的核心组成部分,具有重大的社会需求和经济意义。本课题以大数据分析的基础理论和语义融合为主线,就智慧医疗中的心血管疾病分类模型、辅助诊断模型以及健康服务模型涉及到的理论、算法和技术问题开展研究,主要包括：医疗大数据分析的有关基础理论;医疗大数据的特征描述与提取;基于医疗数据与语义融合的多参数特征建模;心血管疾病诊断与预测。在理论研究方面,研究了医疗大数据的性质,提出了新的数据表示理论;分析了医疗大数据的类型特点,提出了新的特征描述和提取方法;提出了多种基于深度学习的医疗数学分类模型;构建了基于的概念语义空间模型,用于预测分析心血管类疾病。在关键技术方面,提出基于影像数据的几何特征、三维特征提取技术;提出特定病灶区域的可视化技术;提出数据分析与语义融合构技术;提出构建疾病分类与诊断模型。研究成果为解决智慧医疗中有关疾病分类和辅助诊断中的关键和难点问题提供新理论、新方法以及一系列鲁棒实用的新技术。具体如下： 1.提出了基于边缘相似性的自适应非局部均值去噪方法,采用两阶段方案细化去噪结果,可有效保留精细的纹理结构;提出描述医疗数据多模态特点的多个张量子空间方法,用数据在张量子空间的投影对医疗数据进行表示; 针对影像数据高精度重建,构造了混合插值模型--有理函数与分形插值函数的有机整体,可由形状参数和尺度因子唯一确定,在处理纹理图像方面具有明显优势;在组织器官可视化方面,通过曲面旋转得到四维空间中的旋转超曲面,并证明了四维空间中的旋转极小超曲面的超母线是三维空间中的自支撑曲面,进一步使用变分原理导出了自支撑曲面每一点的平均曲率、法向量与点的位置的约束关系,使用基于三角网格的平均曲率的估计方法实现自支撑曲面的离散构造;提出了一个有效的基于泛洪的超像素生成算法用于描述数据的相似性度量,可以生成紧凑且高度边界粘连的超像素。 2. 提出了基于几何迭代的图像重建算法,采用非采样轮廓波方法将图像分为平滑、纹理和边界区域,采用径向基函数的非均匀有理B 样条函数对纹理区域数据点加密,进而对其进行几何迭代插值和像素级的B 样条插值,使得边界更加清晰;研究了属性权重信息部分已知或完全未知的图像模糊多属性决策问题。引入了图像模糊理想点、模糊数的归一化汉明距离,用各方案属性值向量与模糊理想点之间的灰色关联系数构建灰色关联分析模型度量各方案与模糊理想点间的灰色关联度,基于灰色关联分析模型,对给定的方案排序以选择最理想方案;对钙化区域的视觉显著性检测,提出基于概率估计的显著性检测新方法,在生成显著区域的显式边界方面优于现有技术;对于医学影像数据背景场景复杂、目标区域较小的难题,提出了弱特征增强网络（Weak Feature Boosting Network,WFBNet）用于显著性目标检测任务;针对平滑过度使影像细节特征损失, 导致失真的现象, 提出了L0 测度优化与二阶拉普拉斯算子结合的图像平滑方法,在平滑的同时能降低图像细节特征的损失, 有效地处理图像平滑中存在的阶梯状边缘以及块状分布的现象。 3. 提出基于多模态数据融合的改进隐含狄利克雷分配（LDA）主题模型（MMDF-LDA）,并将该模型应用于数据标注中进行自动标注;提出了基于卷积特征和加权随机游动的新型个性化标签算法,标签可以准确地描述图像的语义信息法;研究了诊断特征词识别算法,基于概率分布模型的识别,采用后续的聚类算法评估语义计算模型的建模能力,其性能显著高于基于信息检索的语义计算模型。 4. 提出了一种结合反卷积的神经网络算法实现医学CT 图像的超分辨率重建,算法增加了反褶积运算,有效地建立了低、高分辨率图像之间的端到端映射;提出一种基于深度对抗神经网络的胰腺自动分割算法,将深度对抗神经网络与卷积网络有机结合,构建了一种新的深度学习模型,对组织进行有效的分割;针对三维CT 图像成像采样间距较大、层间分辨率远低于层内分辨率的难题,提出在相邻CT 图像序列切片间利用上下层的配准信息插值出一个新的中间切片,并对插值得到的中间切片进行修复的方法;提出了将几何特征融合到 Mask RCNN 网络中的冠状动脉分割方法,通过边界提取算法和分形特征提取算法提取边界和分形特征;构建了多目标聚类和环面模型从CT 血管造影中准确提取冠状动脉的引导跟踪框架;提出了一种改进后的半监督肿瘤识别方法,在数据不平衡的情况下,机器学习识别良、恶性和假阳性肿瘤的能力得到了有效提高。 在国内外重要期刊和学术会议发表论文126 篇,其中在顶级刊物ACMTrans.、IEEE Trans.、中国科学、Computer Aided Design、Journal of Computer Science and Technology、计算机研究与进展等发表 28 篇,SCI/EI收录85 篇;获得发明专利授权 15 项;申请软件著作权6 项;开发了原型系统“心血管疾病辅助诊断预测系统”。