譜，h-map初值為隨機(jī)數(shù)值。得到兩個(gè)波源及其相應(yīng)的空間分布。比 較兩波譜的NAA/Lips的比值，NAA/Lips比值較大的波譜代表正常組織聽(tīng)。"。1，較小的為波 譜代表非正常組織WabMtmai。對(duì)應(yīng)的h-map分別為和H ab"?l。
[0029] S2 ;第二級(jí)NMF分解及掩膜確定。
[0030] 1)求得HbMtmai的數(shù)據(jù)范圍出mi。，Hm J，設(shè)定兩個(gè)變量ti、t2，取值范圍均為 出min, Hmax]，其中由小至IJ大取值，t 2由大到小取值。每取得一個(gè)t 1扣），將Habnwmal中取值 大于ti扣）的體素所對(duì)應(yīng)的原始波譜組成一個(gè)新的矩陣XabMtmai，對(duì)Xab。。?。進(jìn)行第二層NMF 分解，分解方法與S1中所用NMF方法相同，設(shè)定波源數(shù)為2,初始值選定仿真結(jié)果中腫瘤和 壞死組織所對(duì)應(yīng)參考波譜，h-map初始值為隨機(jī)值。得到兩個(gè)波源及其對(duì)應(yīng)的空間分布，兩 個(gè)波源分別為wl。。。。,和Ki,。。,,。,。
[0031] 2)分別計(jì)算在當(dāng)前口限值下S個(gè)波譜的相關(guān)系數(shù)，計(jì)算公式如下：
[003引 con-佩=corr(W,,0n,,。,爪,…'獨(dú)腳)
[003引 CO;竹的=COri'ilVnon,,。,
[0034] cor,-地）=佩巧Lw (嘴
[0035] 其中，corr(x，y)為求向量X和向量y的相關(guān)系數(shù)。進(jìn)而得到當(dāng)前口限值下S個(gè) 波譜相關(guān)系數(shù)和，即為口限選擇函數(shù)：
[0036] f (t) = corrl (t)+corr2 (t)+corr3 (t)
[0037] 使得口限選擇函數(shù)取得最小值的ti(t2)即為最佳口限值。最終口限值選取公式 為：
[003引 f = arg min(/h )，./化））
[0039] 得到最終口限值t及其對(duì)應(yīng)的NMF分解結(jié)果，比較兩波譜的化o/Lips的比值， 化o/Lips比值較小的波譜對(duì)應(yīng)為壞死組織即另一個(gè)對(duì)應(yīng)為腫瘤組織即
[0040] S3 ;由所得的S個(gè)參考波譜和原MRSI矩陣X，應(yīng)用NNLS求得S種波譜所對(duì)應(yīng)的空 間分布。該步驟中所采用的NNLS方法來(lái)自C. Lawson等在文獻(xiàn)《Solving Least Squares Problems》中所述方法。
[0041] 應(yīng)用實(shí)施案例
[00創(chuàng)為了驗(yàn)證hNMF對(duì)GBM組織分類的效果，在12組GBM病人的活體咱MRSI數(shù)據(jù)上 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并與one-level NMF(波源數(shù)為3的一次NMF分解）的結(jié)果作比較。實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中，首先對(duì)每個(gè)病人數(shù)據(jù)，將專家標(biāo)識(shí)的特定組織的所有波譜進(jìn)行平均，得到正常、腫瘤、壞 死組織分別對(duì)應(yīng)的參考波譜。在對(duì)波譜的所屬組織進(jìn)行專家標(biāo)識(shí)時(shí)考慮了進(jìn)行增強(qiáng)前后的 傳統(tǒng)T1-和T2-wei曲ted MRI圖像化及腫瘤組織MRS波譜的先驗(yàn)知識(shí)。當(dāng)且僅當(dāng)2位專家 意見(jiàn)一致時(shí)，才考慮該波譜。分別通過(guò)hNMF和one-level NMF對(duì)12組GBM病人的MRSI數(shù) 據(jù)進(jìn)行分解，將分解所得波譜與參考波譜分別求相關(guān)系數(shù)然后相加，即；
[0043] 及=c〇fT(M''('，) + cor,.(!V'，的) + co,T(W、，W,';:)
[0044] 其中，Wf。為參考波譜，W為分解所得波譜，右上角標(biāo)C、T、N分別代表正常、腫瘤、壞 死組織。
[0045] 表1中給出兩種不同方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，由表可見(jiàn)，對(duì)于12組GBM病人實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，hNMF可W準(zhǔn)確地恢復(fù)出3種期望的組織形式，得到的total R介于2. 70到2. 96之間。 而one-level NMF僅在5組數(shù)據(jù)上實(shí)驗(yàn)成功且total R的值小于hNMF。由表可見(jiàn)one-level NMF在從GBM病人的活體1H MRSI數(shù)據(jù)恢復(fù)出各組織類型上具有一定的局限性。相比之下， hNMF可W更有效地恢復(fù)出各種組織類型。
[0046] 表1利用hNMF和one-level NMF進(jìn)行組織分類的結(jié)果比較，表示分類失敗
[0047]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非負(fù)矩陣分解的惡性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織分類方法，其特征在于，包括以下 步驟： 第一步：第一級(jí)NMF ;在VOI區(qū)域內(nèi)所有體素的波譜構(gòu)成的矩陣X上應(yīng)用NMF，并令波源 數(shù)量為2 ;波譜的初始值選用仿真的正常、腫瘤及壞死組織分別對(duì)應(yīng)的波譜；h-map的初始 值為隨機(jī)量；得到兩個(gè)波源及其相應(yīng)的空間分布H nmial及H abnOTmal;比較兩波譜的NAA/Lips 的比值，NAA/Lips比值較大的波譜代表正常組織，較小的為波譜代表非正常組織； 第二步：第二級(jí)NMF油Habnmia^定非正常組織范圍，Habnmial的數(shù)值范圍為[H min，HmJ ; 設(shè)定〖^^兩個(gè)參數(shù)，其中h由小到大取值，t2由大到小取值，取值范圍均為[Hmin，H max];構(gòu) 造掩膜函數(shù)f(t)，對(duì)應(yīng)不同的t值，Habnmial中超過(guò)t值的數(shù)值對(duì)應(yīng)的體素即代表非正常組 織，在由非正常組織波譜組成的矩陣上再次應(yīng)用NMF算法，并令波源數(shù)目為2,波譜的初始 值選用仿真的正常、腫瘤及壞死組織分別對(duì)應(yīng)的波譜；h-map的初始值為隨機(jī)量；由此得到 兩種波源⑴與％1_ω/(?);門限值的選取法則： f(t) = corrl(t)+corr2(t)+corr3 (t) coir l(t) = corr (Wnonml,W^tomwl (t)) corr2(t) = corr(Wnomial,Walwnnal(t)) corrXt) = corr[Wlub_iml{t),W〗bmniml(t)) 最佳門限值的選取規(guī)則如下： t = argmin(f (ti), f (t2)) 得到最佳門限值下的》1_^)與后，計(jì)算Cho/Lips的比值，Cho/Lips比值 較小的波譜對(duì)應(yīng)為壞死組織即Wnec;Msis，另一個(gè)對(duì)應(yīng)為腫瘤組織即WtUfflOT; 第三步：NNLS估計(jì)；由得到的三個(gè)波源W_al，Wt_^S Wneerasis，在第一步中VOI區(qū)域上 應(yīng)用非負(fù)最小二乘法，得到三個(gè)波源對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確的空間分布h-map。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于非負(fù)矩陣分解的惡性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織分類方法，通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)分析核磁共振譜成像數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成對(duì)腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤的組織分類。本發(fā)明通過(guò)對(duì)病人的MRSI數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次NMF分解，從而將膠質(zhì)細(xì)胞瘤的三種組織類型正常、腫瘤、壞死進(jìn)行識(shí)別和分類。首先對(duì)MRSI數(shù)據(jù)進(jìn)行波源數(shù)為2的NMF分解，得到正常組織和非正常組織對(duì)應(yīng)的波源和空間分布h-map。然后確定最佳掩膜并在掩膜上再次進(jìn)行波源數(shù)為2的NMF分解，得到腫瘤組織和壞死組織對(duì)應(yīng)的波源。最后用NNLS估計(jì)出三個(gè)波源所對(duì)應(yīng)的空間分布h-map。
【IPC分類】G06T7-00, A61B5-055
【公開(kāi)號(hào)】CN104537642
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410743418
【發(fā)明人】李雨謙, 皮亦鳴, 劉鑫, 閔銳, 范錄宏, 李晉, 楊曉波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日