基于启发式算法优化卷积神经网络的医疗辅助诊断系统的设计与实现

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2020年,新冠肺炎以一种极强的传染性在全球范围进行传播,医生以核酸检测作为是否确诊的标准时,无法满足在病毒载量不高时,医学检测的准确性,而肺部片子快、准的筛选方式成为了辅助医生确诊新冠肺炎的诊断模式。由此可见,医学影像的辅助诊断在我国起着不可或缺的作用。但是,我国的医疗影像数据仍处于呈指数增长的模式,随之而来的就是当前医疗资源的严峻紧张、医生的工作量加剧、误诊的概率不断增加。于是,智能化、自动化的医疗辅助诊断已成为当前医疗领域向着智慧、精准、高效方向发展的必然趋势。论文在国家自然科学基金项目(71971143、71571120)的资助下完成,具体研究如下。本文以医疗大数据为研究对象,结合群体智能技术与卷积神经网络分类方法,开发了一套从“数据采样---系统架构搭建---系统设计---系统测试”的完整的智能医疗辅助诊断系统,涵盖了面向不同用户(即医生、患者和管理员)的医疗影像增强、医疗辅助诊断和医疗数据统计的三大功能,为临床决策提供了量化依据和决策支持,降低了医生工作量,提高诊断准确率。下面展开了对医疗影像增强、医疗辅助诊断和医疗数据统计的研究,并给出了相应的解决方案。(1)组织器官的医疗影像增强设计。本文构建了基于粒子差分进化算法的新型Canny算子边缘检测方法,用于对医疗影像组织器官的边缘勾勒,排除外在环境以及非组织器官的干扰,提高影像的成像质量,辅助医生提高读片速度。具体方法是在传统的Canny算子基础上,采用了基于自适应交替和集成变异交叉思想的粒子差分进化方法,重新优化边缘目标和背景的灰度分割临界点(即阙值)确定边缘勾勒的最佳阙值。实验结果表明,改进后的新型Canny算子检测方法在影像组织器官的边缘勾勒上定位更准确,边缘细节更丰富。(2)医疗影像辅助诊断模块的构建。本文提出了一种基于菌群优化算法的卷积神经网络优化分类器,对医疗影像组织器官进行疾病的识别和判定。该分类器引入了基于差分翻转、交叉扰动、巡游思想的菌群优化方法,同时采用随机梯度下降方法作为大规模数据优化的辅助指针,确定最优的网络结构,对医疗影像进行疾病的判别。实验表明:改进的菌群优化算法在8类基准函数上均获得了最优的结果,且基于该菌群优化算法的网络分类器在不同规模心肺影像的筛选中,有着较低的错误率,验证了本文分类器的有效性。(3)医疗影像数据统计的分析。定期统计同一疾病的患者数量,并对同一组织器官的不同疾病进行患者数量的对比分析,以图表形式将分析结果传送给各科医生,简洁、直观的展示当前医院各科室不同疾病的患病数量变化趋势。同时向患者发送疾病信息公告,起到疾病预防的目的。
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