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光體積動態誤差的分數階混沌同步化和彩色關聯性分析法之電腦輔助診斷週邊動脈病

為了解決機器學習 微積分 PTT的問題，作者李健明 這樣論述：

下肢週邊血管疾病 (週血管病；PAD) 是一種很普遍但又隱密不易診斷的疾病，主要是由動脈粥樣硬化血管內壁所造成，導致動脈閉塞而下肢壞疽。週血管病最主要的危險因子是第二型糖尿病，老化，和吸煙，但是其他包括高血壓、高膽固醇、和高同型半胱氨酸血症等也會增加週血管病的風險。大部分病人和醫師都不太了解週血管病，因此延遲診斷和治療並非少見。這種疾病的典型臨床表現為間歇性跛行和休息時的腿痛，但有的是以糖尿病足、感染蜂窩性組織炎、或骨髓炎為最初的臨床表現。無論何種表徵，週邊血管觸診異常否，動脈阻塞程度仍無法精確得知；唯有依據傳統的、電腦斷層、或磁振造影的血管攝影術方知下肢的那些血管阻塞。但在臨床表現之前，即

使是有上述危險因子的，也無從了解自己是否罹患週血管病。延遲診斷的原因之一其是缺乏早期診斷的篩檢和診斷工具，當然也就無法積極監測週血管病的發展和治療的效果。在區域醫院和醫學中心因為具有血管攝影的設備，晚期和危及下肢的週血管病可以使用經皮血管形成術疏通阻塞。但是在無症狀期，目前只有杜普勒超音波和踝肱動脈血壓指數可以診斷週血管病。踝肱脈壓指數的弱點是操作不易、本質上易生誤差、和無法使用於相當程度硬化的血管；尤其是最後一項，更是他的致命傷，因為許多年長者、尿毒症和高血壓患者的下肢動脈是有嚴重的鈣化。即便如此，當前國際上的週血管病診斷參考標準，仍然是踝肱脈壓指數。這個方法把週血管病的嚴重程度分為正常、低

度、和高度三種，根據各自的指數為 ≧ 0.9、(0.9， 0.5]、和 〈 0.5。光體積描計法 (photoplethysmography; PPG) 是一種光學的、非侵入性的技術，可以量測人體組織的血容量變化。目前臨床上被廣泛地應用於測量周邊血氧的飽和度合和心臟律動的相關參數。研究報告顯示週血管病患者因為長期的左右腳之間不等速的阻塞，造成兩腳之間的光體積波之傳輸時間差比健康人統計上有明顯的增長，非常具有診斷的價值。然而當代醫學仍舊缺乏診斷週血管病的光體積描計器。這篇論文的首要目的是開發電腦輔助的診斷儀器以幫助週血管病的早期診斷和追蹤評估。第一個試驗是利用光體積描計器結合分數階混沌同步所建構

的動態誤差和分類技術，紀錄25個健康的成年人和有週血管病的糖尿病人的光體積描計信號。這11名健康成年人和14例糖尿病患者，依據踝肱血壓指數區分週血管病的嚴重程度為正常、低度、和高度三種。參考心電圖R波計算 △PTTPp、△PTTf和△RT三種參數，並應用陳李氏混沌系統計算其分數階動態誤差。之後再應用彩色模型(Hue-Saturation-Value) 進行彩色關係分析 (color relational analysis)，精準有效地的執行這三種週血管病嚴重度的分類。在第二個試驗中，總共紀錄15名健康人及17例糖尿病而且有週血管病的患者進行光體積描計信號。這次的分類採用支持向量機 (suppo

rt vector machine) 作為分類器，並且進行狼群搜索 (wolf pack search) 最佳化以取得必要的參數。也是精確有效地完成分類。比較人工神經網絡和其他機器學習技術，這兩種方法需要的參數、訓練時間、訓練資訊量、和統計複雜性都比較少，而且參數的調整也比較不會落入區域性極值的圈套。因此，發展一套以光體積描計法為基礎的週血管病電腦輔助診斷系統是非常具有潛力的。光體積描計法為基礎的週血管病電腦輔助診斷系統結合彩色關係分析法和支持向量機分類技術是有可能幫助早期診斷和病程追蹤週血管病的。這樣的系統不必添加心電圖，方便攜帶，又具有即時性和準確性的優點。總之，光體積描計法的訊號經由分數

階微分和陳李氏混沌同步化而建構成的動態誤差系統，再結合機器學習理論的技術如結合彩色關係分析法和支持向量機分類技術，極具發展診斷週血管病輔助工具的潛在價值，尤其是在社區、診所、和地區醫院篩選和追蹤糖尿病等高危險群，以達有效地監控週邊血管病和減少截肢的目標。