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目前肺癌发病率和死亡率均位于恶性肿瘤之首，对人类健康造成严重威胁。居高不下的肺癌发病率和死亡率是多方面因素影响的结果。首先，肺癌筛查主要采用的CT技术，是形态性病变检测方法，很难发现处于功能性病变期的早期肺癌，使患者错过最佳治疗时机。电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography， EIT)技术作为新型功能性成像方法，在早期肺癌筛查方面具有非常好的发展前景，然而其空间分辨率远低于临床要求。其次，目前CT图像中肺结节的检测依靠人工阅片，繁重工作负担易造成不同程度的误诊和漏诊。再次，空气污染物已成为肺癌的主要致病因素之一，对肺癌发病率有着不容忽视的影响。
基于以上背景，本文深入研究了肺组织的电学特性和肺癌EIT检测，基于CT图像的肺结节计算机辅助检测，以及空气污染物对肺癌发病率的影响，初步探索了肺癌组织CT图像特征与组织电导率之间的关联性，具体内容及结果如下：
1、基于人体活性肺癌组织和肺正常组织的实测复阻抗数据，研究不同类型组织的阻抗模型、阻抗及介电频谱特性。建立肺部电导率分布模型，研究电导率分布及发生癌变后的电导率变化特性。结果表明：左肺的电导率整体上大于右肺，不同肺叶的电导率存在明显差异，呈现一定的规律性。左、右肺组织癌变后的电导率平均增长率分别为34.6%和31.4%，整体上平均增长33.5%；左肺下叶后基底和右肺上叶区域癌变电导率变化最为明显。将肺部电导率分布先验信息融入Tikhonov正则化图像重建算法(PI-TR)，并提出基于待检测目标的面积占比求解正则化参数的算法(AP-SPR)，与现有算法进行肺癌EIT检测对比实验。结果显示：相对于现有Tikhonov正则化(TR)算法，PI-TR算法重建图像的相对误差平均降低47.1%，相关性平均提高35.3%；相对于现有L曲线法，AP-SPR算法使TR和PI-TR重建图像的相对误差平均降低9.2%，相关性平均提高29.9%。
2、提出无监督的聚类有效性指标(MSO指标)，不依赖任何聚类算法评估模式集的最佳划分类数，克服了现有聚类有效性指标的有监督性(依赖指定的聚类算法)、鲁棒性差和效率低的局限性。分别采用基于MSO指标、现有XB指标和现有PC指标的模糊C均值聚类算法(分别记为M-FCM、X-FCM和P-FCM)进行肺结节检测对比实验。结果显示：较X-FCM，M-FCM使肺结节检测的准确率平均提高3.3%，检测效率平均提高80.9%；较P-FCM，M-FCM使肺结节检测的准确率平均提高7.35%，检测效率平均提高74.6%。验证了MSO指标能够有效提高聚类算法肺结节检测的准确率及检测效率，更好地辅助医师解读CT图像及检测肺结节。
3、提出基于扩展的?模糊测度的Choquet积分关联分析方法，不但评估典型空气污染物对肺癌的不同类型以及不同性别人群的影响，并且评估不同空气污染物之间的交互作用。提出基于粗糙集理论的规则挖掘方法，客观挖掘空气污染物与肺癌发病率间的关联规则。以天津市空气污染与肺癌发病率数据为例进行评估实验，并将评估结果与现有的主要评估结果进行对比，将本文方法与现有方法进行对比，分别验证本文评估结果及方法的可靠性。评估结果显示：SO2、PM2.5、NO2和O3是肺癌的主要影响因素；SO2、NO2和CO对鳞癌的影响较明显，O3、PM2.5和PM10对腺癌的影响较为突出；男性对SO2较女性敏感，而女性对PM10较男性敏感；O3和PM2.5之间，SO2、PM2.5和PM10之间分别存在明显的正交互作用；而SO2、O3和PM10之间，SO2、NO2和PM10之间，以及SO2、NO2和CO之间分别存在负交互作用；交互作用的程度对于腺癌和鳞癌有较大差异。
4、初步探索肺癌组织CT图像特征与组织电导率之间的关联性。通过相关和回归分析，建立了腺癌组织CT图像特征惯性矩标准差(纹理特征)与组织电导率之间的回归模型，一定程度上揭示了腺癌组织的CT图像惯性矩标准差与其电导率之间的关联性，为根据腺癌组织的CT图像特征挖掘其电导率信息提供参考。
基于以上背景，本文深入研究了肺组织的电学特性和肺癌EIT检测，基于CT图像的肺结节计算机辅助检测，以及空气污染物对肺癌发病率的影响，初步探索了肺癌组织CT图像特征与组织电导率之间的关联性，具体内容及结果如下：
1、基于人体活性肺癌组织和肺正常组织的实测复阻抗数据，研究不同类型组织的阻抗模型、阻抗及介电频谱特性。建立肺部电导率分布模型，研究电导率分布及发生癌变后的电导率变化特性。结果表明：左肺的电导率整体上大于右肺，不同肺叶的电导率存在明显差异，呈现一定的规律性。左、右肺组织癌变后的电导率平均增长率分别为34.6%和31.4%，整体上平均增长33.5%；左肺下叶后基底和右肺上叶区域癌变电导率变化最为明显。将肺部电导率分布先验信息融入Tikhonov正则化图像重建算法(PI-TR)，并提出基于待检测目标的面积占比求解正则化参数的算法(AP-SPR)，与现有算法进行肺癌EIT检测对比实验。结果显示：相对于现有Tikhonov正则化(TR)算法，PI-TR算法重建图像的相对误差平均降低47.1%，相关性平均提高35.3%；相对于现有L曲线法，AP-SPR算法使TR和PI-TR重建图像的相对误差平均降低9.2%，相关性平均提高29.9%。
2、提出无监督的聚类有效性指标(MSO指标)，不依赖任何聚类算法评估模式集的最佳划分类数，克服了现有聚类有效性指标的有监督性(依赖指定的聚类算法)、鲁棒性差和效率低的局限性。分别采用基于MSO指标、现有XB指标和现有PC指标的模糊C均值聚类算法(分别记为M-FCM、X-FCM和P-FCM)进行肺结节检测对比实验。结果显示：较X-FCM，M-FCM使肺结节检测的准确率平均提高3.3%，检测效率平均提高80.9%；较P-FCM，M-FCM使肺结节检测的准确率平均提高7.35%，检测效率平均提高74.6%。验证了MSO指标能够有效提高聚类算法肺结节检测的准确率及检测效率，更好地辅助医师解读CT图像及检测肺结节。
3、提出基于扩展的?模糊测度的Choquet积分关联分析方法，不但评估典型空气污染物对肺癌的不同类型以及不同性别人群的影响，并且评估不同空气污染物之间的交互作用。提出基于粗糙集理论的规则挖掘方法，客观挖掘空气污染物与肺癌发病率间的关联规则。以天津市空气污染与肺癌发病率数据为例进行评估实验，并将评估结果与现有的主要评估结果进行对比，将本文方法与现有方法进行对比，分别验证本文评估结果及方法的可靠性。评估结果显示：SO2、PM2.5、NO2和O3是肺癌的主要影响因素；SO2、NO2和CO对鳞癌的影响较明显，O3、PM2.5和PM10对腺癌的影响较为突出；男性对SO2较女性敏感，而女性对PM10较男性敏感；O3和PM2.5之间，SO2、PM2.5和PM10之间分别存在明显的正交互作用；而SO2、O3和PM10之间，SO2、NO2和PM10之间，以及SO2、NO2和CO之间分别存在负交互作用；交互作用的程度对于腺癌和鳞癌有较大差异。
4、初步探索肺癌组织CT图像特征与组织电导率之间的关联性。通过相关和回归分析，建立了腺癌组织CT图像特征惯性矩标准差(纹理特征)与组织电导率之间的回归模型，一定程度上揭示了腺癌组织的CT图像惯性矩标准差与其电导率之间的关联性，为根据腺癌组织的CT图像特征挖掘其电导率信息提供参考。