第1章绪论
1.1乳腺癌
从全球范围来看，近年来，乳腺癌的发病率呈现持续上升趋势。此外，由于生育和激素水平差异，以及乳腺癌早期检査的发展，全球乳腺癌的发病率也呈现出一定的地区差异。其中，欧洲、北美以及大洋洲为乳腺癌高发的地区，南美及哥伦比亚地区次之，非洲和亚洲的发病率最低[3]。尽管如此，在过去的20多年中，由于乳腺癌早期诊断和治疗技术的发展，北美以及部分欧洲国家的乳腺癌死亡率呈现出持续下降的趋势。相反，在部分非洲及亚洲国家，由于经济和社会发展导致的生育模式改变、缺乏锻炼.肥胖以及乳腺癌早期诊断普及程度不足等因素，乳腺癌的发病率和死亡率均呈现出持续上升的趋势。我国虽然不是孔腺癌高发国家，但近年来，随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们的生活方式发生了很大的改变，性成熟期提前、绝经期延后、不生育或者晚生育、不良情绪、不健康的饮食习惯、生活方式和生活环境，以及人口老龄化的加剧，我国乳腺癌的发病率和死亡率逐年上升，且呈现明显的年轻化趋势。文献[7]从全国第3次死因回顾抽样调查数据库中抽取了乳腺恶性肿瘤的死亡记录和相应的人口数据，描述和分析了 2004-2005年中国女性孔腺癌死亡现状。同时，结合中国前2次死因回顾调查（1973-1975年和1990-1992年）资料对1973-2005年中国女性乳腺癌死亡的时间趋势进行了分析。结果显示，我国乳腺癌死亡率自1973年以来呈现持续上升趋势。2004-2005年我国城市女性的乳腺癌死亡率高于农村。此外，文献[8]分析了全国肿瘤登记中心数据库中1998-2007年女性乳腺癌发病数据，结果显示，10年间，中国登记地区孔腺癌城乡发病率均呈现上升区域，城市乳腺癌的发病率明显高于农村，但农村乳腺癌发病的增长‘ 速度高于城市。显然，乳腺癌已经成为我国城乡女性均需要高度重视的恶性脾瘤疾病之一。2010年，中国人口协会发布了《中国乳腺疾病调查报告》，报告显示，2003年到2009年的7年内，我国城市乳腺癌患者死亡率增长了近40%，已经成为对妇女健康威胁最大的疾病之一。尽管如此，国内女性对乳腺癌的防范意识并不强，对引发孔腺癌的危险因素和乳腺癌自查方法并不清楚。《中国乳腺疾病调查报告》显示，仅有5%的女性每年进行一次乳腺疾病检查；有23%的女性认为没有必要进行专门的乳腺疾病检查。此外，早期乳腺癌常常没有明显的临床症状，多表现为无痛性胖块，或者轻微的乳房疼痛[9，10]，加之我国乳腺疾病普查推广程度不足，大部分基居医疗机构缺乏专业的医务人员和普查设备，导致我国乳腺癌的早期发现率较低。
目前，乳腺癌的确切病因还不明确，也没有有效预防乳腺癌发生的手段。然而，大量研究表明，早期发现、早期诊断、早期治疗的胖瘤防治“三早”原则，仍然是炉大乳腺癌治疗方案的选择空间、改善预后、降低乳腺癌患者死亡率的关键，而广泛开展乳腺癌普查，正是提高乳腺癌早期发现率和治愈率行之有效的办法。乳腺癌诊断的常见方法包括临床乳腺检查、影像学诊断、细胞或者组织病理活检等[10, 11]。其中，细胞或者组织病理活检是在医生怀疑患者的乳腺存在可疑病变的情况下，从乳腺可疑病变部分取出部分样本来进行显微镜下的病理检查。由于病理活检的会对缓则造成创伤，因此并不应用于乳腺癌普査。临床乳腺检查（clinical breast examination, CBE )是针对无症状的女性乳腙癌普查的手段，主要包括临床医生询问病史和物理诊断如触诊等，也是乳腺疾病普查的基本步骤。显然，这种诊断方法的灵敏度低，且高度依赖医生的临床诊断经验，容易出现漏诊或者误诊的情况，往往需要和其它检查方法结合使用。近年来，随着医学成像手段的不断发展，乳腺癌的诊断技术有了较大的进步。影像学诊断由于其非侵入性、可重复性、釆样全面性等优点，已经在乳腺疾病的诊断中占据了重要的地位。乳腺影像学常用的检查手段包括乳腺X线摄影（mammography)、超声(sonography)、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI)和计算机断层扫描技术（compirted tomography, CT )等。乳腺影像学检査的目的主要包括：检出病变；对病变进行鉴别诊断；对乳腺癌进行分期；治疗后随诊；间接评估脾瘤生物学行为及其预后等。对此，不同的影像检查方法也有不同的应用价值[12]。
1.2销把乳腺X线摄影
铜把乳腺X线检查是目前乳腺癌影像诊断的首选方法。所谓4目乾X线摄影是指X线球管的阳极IE面是使用销（Mo)制造的。由于目的原子序数较低，在受到电子轰击后发出的X射线能量也比较低，因此，比较适合对乳腺这样的软组织进行成像。同时，铜乾的特征谱线对于薄的乳房能够产生比较高的对比度。通过这种软X射线摄影，乳房结构中的具有不同密度的腺体组织、结缔组织、脂肪、血管以及病变组织之间，会形成不同的影像表现，为乳腺疾病的诊断提供影像依据。
第2章乳腺X线影像的CAD技术
2.1国内外相关研究现状
利用计算机进行医学图像定量分析和自动诊断的理念始于20世纪60年代[32-37],当时的研究者认为，计算机在完成特定任务上的表现远远优于人类，因此，计算机可以取代放射科医生，实现自动的计算机诊断（automated computerdiagnosis)。但是，受制于计算机性能、图I数字化以及图像处理技术，早期的尝试并没有得到有实际应用价值的结果。直到20世纪80年代，随着计算机辅助诊断概念的提出，即计算机的检测和量化分析结果仅供医生参考，最终的诊断决策仍然由医生完成[38]，针对CAD的大规模、系统性的研究才得以蓬勃发展。其中，芝加哥大学放射学系的KurtRossmann放射影像研究室为CAD系统的研究做出了奠基性的贡献，其针对乳腺X影像微甸化、心脏病和肺结节检测和分析的CAD系统，标志着医学影像CAD系统的研究从探索进入蓬勃发展的阶段[10]。此后，随着计算机、数字图像处理、模式识别等技术的不断发展，以及大量的临床实践和研究，乳腺CAD系统的性能不断优化完善，基于乳腺X线影像的商业CAD系统已经投入临床使用。在美国，计算机辅助诊断已经成为临床乳腺X线常规检查的一部分，并广泛应用于医院和研究机构[39]。同时，全数字乳腺X 线成像（fun-field digital mammography，FFDM )、CBIR、以及多模态影像融合等新技术的引入，也为乳腺CAD系统的发展带来了新的研究理念和发展机遇。1998年，美国R2 Technology公司利用芝加哥大学Kurt Rossmann实验室的技术开发的ImageChedcer乳腺CAD系统通过了美国食品及药物管理局（Foodand Drug Administration, FDA)认证，成为最早投入临床应用的商业CAD系统。此后，iCAD 公司的 “SecondLook” 以及 Kodak 公司的 Kodak Mammography CADEngine也相继问世，并获得FAD认证。2008年，由东软医疗系统有限公司自主研发的MammoCAD系统获得了国家食品药品监督局认证，标志着我国有能力研发适合亚洲人体质，具备国际先进水平的CAD产品[40]。随着商用乳腺CADS统投入临床应用，其实际应用效果曰益受到放射科医生和研究人员的关注。总体而言，乳腺CAD系统能够提高乳腺癌诊断的敏感性，降低漏诊和误诊的可能。
第3章乳腺X线影像肿块分割算法........... 25
3.1胂块分割的特点和需求........... 25
3.2相关算法简介........... 26
3.2.1随机游走图像分割........... 26
3.2.2等高线图........... 30
3.2.3 Chan-Vese活动轮廓模型........... 32
3.3感兴趣区域预处理........... 33
3.4基于等高线图的自动随机游走肿块 35
3.5结合随机游走和活动轮廓模型...........38
3.6实验结果和分析........... 43
3.6.1算法性能评估方法........... 43
3.6.2实验结果和讨论........... 44
3.7本章小结 ...........49
第4章肿块特征提取及优化........... 51
4.1特征提取........... 51
4.2特征优化........... 74
4.3实验结果和分析........... 78
4.4本章小结........... 82
第5章肿块亚型分类及相似肿块检索........... 83
5.1 SVM及多分类策略........... 83
5.2肿块亚型分类 ...........90
5.3相似肿块检索........... 97
5.4实验结果和分析........... 101
结论
本论文探讨了基于乳腺X线脾块影像的CBIR-CAD系统的关键技术，旨在提高胖块检测和辅助诊断的性能，为放射科医生提供有价值的“第二参考意见”，提高乳腺癌诊断的准确率和效率。基于上述目的，本论文分别讨论了乳腺X线影像中胖块区域的分割、特征提取和优化、胖块亚型分类以及相似脾块检索和相关反馈技术，其研究重点和创新点包括：脾块分割是CAD系统的重要环节。本论文在对胖块ROI进行预处理的基础上，提出了两种基于随机游走的自动胖块分割算法。
(1)基于等高线图的自动随机游走肺块分割算法：该算法利用肿块等高线图的特点自动标记随机游走算法所需的种子点
