基于深度学习的视网膜病变光学相干断层图像识别

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于深度学习的视网膜病变光学相干断层图像识别吴新二○一八年五月分类号：TN911.73学校代号：11845UDC：621.39密级：学号：2111503026广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于深度学习的视网膜病变光学相干断层图像识别吴新指导教师姓名、职称：凌永权教授学科(专业)或领域名称：信息与通信工程学生所属学院：信息工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（MasterofEngineering

2、Science）Deep-LearningBased,RecognitionofRetinopathyinOpticalCoherenceTomographyImageCandidate:XinWuSupervisor:Prof.Wing-KuenLingMay2018SchoolofInformationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要截止至2017年，全球糖尿病患者已达4.25亿人次。随着糖尿病患者病程的延长，患糖尿病性视网膜病的风险就越高，且此病现

3、今已成为糖尿病患者视力障碍甚至失明的主要原因。如糖尿病性黄斑水肿就是一种危及糖尿病患者视力的常见症状。此外，黄斑变性也是另一种常见的可致盲眼病。这些疾病的早期诊断与治疗，是防止视力恶化的关键。但如此大量的筛查和诊断工作必定需要相当数量的专业眼科医生，而在中国的一线城市甚至发达国家都存在着医生缺口问题，在农村等欠发展地区则更为严重。鉴于上述存在的问题，本文的主要贡献是深入研究前沿计算机视觉技术，并将其应用于医疗图像病变识别任务；构造一款可用于医疗图像自动筛选和诊断的智能识别系统；该系统可用于在线诊断，方便医生和患者使用。在视网膜病变识别任务中，主要使用两个开源的视网膜OCT图像数据集，

4、数据标签均由专业眼科医师手动标注。其中，2014_BOE_Srinivasan包括3231张OCT图像，分类任务为AMD、DME和NORMAL三类；OCT2017包括84484张OCT图片，分类任务为CNV、DME、DRUSEN和NORMAL四类。基于这些数据集，本文训练了4种经优化的卷积神经网络，并分别对其识别效果进行比较与分析。其中，具有126层的Xception模型取得了最好的识别准确率，在2014_BOE_Srinivasan中，对AMD、DME和NORMAL的识别率均为100%；在OCT2017中，Xception模型的识别准确率、回召率、灵敏度和特异性分别为97.5%、9

5、7.5%，98.39%和98.20%，对CNV、DME、DRUSEN和NORMAL的识别率分别为98%、97.2%、95.6%和99.2%，优于目前已发表文献中最好的识别效果。基于高准确率的分类结果，本文结合开源的U-net模型，对分类结果为DME病症的图像进行病理分割，以提高模型诊断结果的可解释性。通过对比发现，本文的模型达到了与专业眼科医师相当水平的识别精度。此外，为了验证深度模型在医疗图像识别任务中的可靠性，本文运用迁移学习方法，把Xception模型迁移至小儿肺炎胸部X光图像识别任务。在识别两类任务中，模型最终达到了96.31%的准确率和95.94%的回召率；在细分三类识别任

6、务中，模型达到了88.78%的准确率和86.87%的回召率。关键词：深度学习；光学相干断层图像；视网膜病变；图像分类；迁移学习I广东工业大学硕士学位论文AbstractBytheendof2017,thenumberofdiabeticpatientsintheworldhasreached425million.Theriskofdiabeticretinopathybecomehigherwiththeprolongationofthediabetesduration.Andthisdiseasehasbecomethemaincauseofvisualimpairmentande

7、venblindnessindiabeticpatients.Forexample,diabeticmacularedemaisacommonsymptomthatthreatensthevisionofdiabeticpatients.Besides,maculardegenerationisanothercommoncauseofblindness.Theearlydiagnosisandtreatmentofthesediseasesisthekey