融合注意力机制和特征金字塔网络的CT图像肺结节检测

目的 针对现有肺结节检测算法存在的因肺部计算机断层扫描（computed tomography,CT）图像肺结节与周边组织复杂性导致结节本身结构差异性不明显的问题,以及特征提取网络多次下采样造成图像分辨率降低进而导致检测结果差、仅使用网络顶层特征图进行预测造成图像空间信息丢失进而导致小结节漏检等问题,提出了一种基于注意力机制和特征金字塔的肺结节检测算法。方法 根据语义与空间特征补偿机制以及卷积神经网络中网络深度所提取特征的信息量不同,在以ResNet为骨干网络的特征提取网络中设计通道—空间注意力机制,尽可能同时获取含有较多上下文语义以及空间位置信息的特征信息。在网络预测部分设计特征金字塔网络,将高维带有丰富语义信息的特征图与低维带有位置信息的特征图融合进行多尺度预测,增强网络对于小结节以及近血管结节等非显著性目标的检测性能。结果 在LUNA16（lung nodule analysis 16）数据集上进行十折交叉验证显示,当平均假阳性个数为25.99时敏感度达到了97.13%,与基准方法相比,敏感度提高了2.53%,平均假阳性降低了28.54,实现了高敏感度低假阳性;在0.125、0.25、0.5、1、2、4、8这7个假阳率点的敏感度平均值为0.854,其中在每个扫描4次和8次假阳性时敏感度分别达到了0.940和0.951,其效果优于主流的结节检测方法。结论 提出的结节检测模型,可以提高对3~10 mm小结节、近血管结节等非显著性目标的检测性能,并具有较低的假阳率。     

融合残差模块的U-Net肺结节检测算法

为解决现有肺结节检测模型精度低、漏诊率和误诊率高等问题,提出融合残差模块的肺结节检测算法.候选结节检测阶段,提出残差U-Net (residual U-Net,RU Net)分割网络,将改进的残差网络(residual network,ResNet)模块与UNet结构融合,提升模型特征提取能力;加入改进的损失函数解决数据类别不均衡问题,提高检测敏感度.假阳性减少阶段,采用三维卷积神经网络(3D CNN)用于候选结节分类,充分获得结节空间信息,达到降低假阳性的目的.实验结果表明,该算法能够准确并高效地分割和检测肺结节.     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题,提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先,利用FPN提取结节的多尺度特征,并强化小目标及目标边界细节的特征;其次,在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质,作为目标候选区域定位图像;并且,在FPN顶层添加反卷积层,采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能;最后,针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题,在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验,结果表明,利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助,采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进,当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时,所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%,与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比,具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征,提高CT图像肺结节检测的敏感度,同时对于较小的结节也能有效检测,能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

基于混合损失联合调优与多尺度分类相结合的肺结节检测算法

针对CT图像的肺结节自动检测任务中检测灵敏度低及存在大量假阳性的问题,提出了一个基于混合损失的三维全卷积网络与基于注意力的多尺度三维残差网络相结合的肺结节检测方法。首先,基于相似度损失预训练三维全卷积网络,利用该网络筛选难例样本,并基于混合损失将难例与正样本进行联合调优得到候选结节检测网络,用于快速筛选疑似结节;然后,利用基于注意力的多尺度三维残差卷积网络对疑似结节进行分类,从候选结节中精确地分辨出真正结节。在LUN16数据集上,候选结节检测阶段的灵敏度在每个病例的假阳数目为59.1时达到97.18%,检测系统的平均灵敏度为0.880,表明本算法可以提高肺结节检测的灵敏度并有效控制假阳性,在LUNA16数据集上获得了更优的性能。     

基于特征金字塔网络的肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节尺寸变化较大、尺寸小且不规则等特点导致的检测敏感度较低的问题，提出了基于特征金字塔网络（FPN）的肺结节检测方法。首先，利用FPN提取结节的多尺度特征，并强化小目标及目标边界细节的特征；其次，在FPN的基础上设计语义分割网络（名为掩模特征金字塔网络（Mask FPN））用于快速准确地分割提取肺实质，作为目标候选区域定位图像；并且，在FPN顶层添加反卷积层，采用多尺度预测策略改进快速区域卷积神经网络（Faster R-CNN）以提高检测性能；最后，针对肺结节数据集的正负样本不平衡问题，在区域候选网络（RPN）模块采用焦点损失函数以提高结节的检出率。所提方法在公开数据集LUNA16上进行实验，结果表明，利用FPN和反卷积层改进的新网络对结节检测效果有一定的帮助，采用焦点损失函数也有一定效果。综合多种改进，当平均每个扫描件的候选结节数为46.7时，所提方法的肺结节检测敏感度指标为95.7%，与其他卷积神经网络方法如Faster R-CNN、UNet等相比，具有较高的敏感性。所提方法能够较好地提取不同尺度上的结节特征，提高CT图像肺结节检测的敏感度，同时对于较小的结节也能有效检测，能更有效地辅助肺癌的诊断治疗。     

检测肺结节的3维自适应模板匹配

目的 针对传统模板匹配方法检测肺结节存在的问题,提出一种用于CT图像中检测肺结节的3维自适应模板匹配算法。方法 首先,从CT序列图像中分割出3维肺实质,采用Canny算子等方法从分割出的3维肺实质中提取3维感兴趣区域作为候选肺结节;然后,确定每个3维感兴趣区域的主方向和中心层,并以此中心层作为信息层,沿主方向对信息层进行3维扩展生成3维模板;最后,对自适应模板和候选结节的3维归一化互相关(NCC)相关系数进行计算,将相似性高于设定阈值的区域标记为肺结节。结果 采用66个临床CT病例对本文方法进行了肺结节检测实验,结果显示本文方法对肺结节检测的敏感率为95.29%,假阳性为12.90%。结论 本文方法对检测肺结节具有较高的敏感率和准确率,可在临床上有效辅助放射科医生对肺结节进行检测,从而提高放射科医生检测肺结节的准确性和工作效率。     

基于深度卷积神经网络的肺结节检测算法

在传统的肺结节检测算法中，存在检测敏感度低，假阳性数量大的问题。针对这一问题，提出了基于深度卷积神经网络（CNN）的肺结节检测算法。首先，有目的性地简化传统的全卷积分割网络；然后，创新地加入对部分CNN层的深监督并使用改进的加权损失函数，获得高质量的候选肺结节，保证高敏感度；其次，设计了基于多尺度上下文信息的三维深度CNN来增强对图像的特征提取；最后，将训练得到的融合分类模型用于候选结节分类，以达到降低假阳率的目的。所提算法使用了LUNA16数据集，并通过对比实验验证算法的性能。在检测阶段，当每个CT检测出的候选结节数为50.2时，获得的敏感度为94.3%，与传统的全卷积分割网络相比提升了4.2个百分点；在分类阶段，竞争性能指标达到0.874。实验结果表明，所提算法能够有效提高检测敏感度和降低假阳率。     

注意力机制下密集空洞卷积的肺部图像分割

目的 卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）在计算机辅助诊断（computer-aided diagnosis,CAD）肺部疾病方面具有广泛的应用,其主要工作在于肺部实质的分割、肺结节检测以及病变分析,而肺实质的精确分割是肺结节检出和肺部疾病诊断的关键。因此,为了更好地适应计算机辅助诊断系统要求,提出一种融合注意力机制和密集空洞卷积的具有编码—解码模式的卷积神经网络,进行肺部分割。方法 将注意力机制引入网络的解码部分,通过增大关键信息权重以突出目标区域抑制背景像素干扰。为了获取更广更深的语义信息,将密集空洞卷积模块部署在网络中间,该模块集合了Inception、残差结构以及多尺度空洞卷积的优点,在不引起梯度爆炸和梯度消失的情况下,获得了更深层次的特征信息。针对分割网络常见的特征丢失等问题,对网络中的上/下采样模块进行改进,利用多个不同尺度的卷积核级联加宽网络,有效避免了特征丢失。结果 在LUNA （lung nodule analysis）数据集上与现有5种主流分割网络进行比较实验和消融实验,结果表明,本文模型得到的预测图更接近于标签图像。Dice相似系数、交并比（intersection over union,IoU）、准确度（accuracy,ACC）以及敏感度（sensitivity,SE）等评价指标均优于对比方法,相比于性能第2的模型,分别提高了0.443%,0.272%,0.512%以及0.374%。结论 本文提出了一种融合注意力机制与密集空洞卷积的肺部分割网络,相对于其他分割网络取得了更好的分割效果。     

三维多尺度嵌套U结构CT影像肺结节检测

目的 肺结节检测在低剂量肺部计算机断层扫描（computed tomography,CT）筛查肺癌中具有重要意义。但由于结节大小、形状和密度的变化十分复杂,导致难以在低假阳性率下保证高的灵敏度,这限制了深度学习算法在常规临床实践中的肺结节自动诊断,建立具有良好结节检测性能的深度学习模型仍然是一个挑战。针对此问题,本文提出了一种基于3D ReSidual U （3D RSU）块的嵌套U结构的肺结节检测框架。方法 3D RSU块通过混合不同大小的感受场获得多尺度特征来丰富特征信息。而嵌套U结构允许网络获得更大分辨率的特征图,从而具有多层次深度特征,获得丰富的局部和全局信息,增强网络区分前景和背景的能力,进而提高微小结节等非显著性目标的检测性能。结果 该框架在公共肺结节（lung nodule analysis 16）挑战数据集上进行了评价。方法能够准确地检测出肺结节,灵敏度达到了97.2%,与基准方法相比,该方法灵敏度提高了2.6%,具有很高的灵敏度和特异性,在0.125、0.25、0.5、1、2、4、8共7个假阳率点的灵敏度平均值为86.4%,尤其是在每扫描0.25个假阳性上,灵敏度达到80.9%,优于基准算法76.9%的结果。结论 本文所提出的结节检测模型,由于在低假阳率上有较高的灵敏度,可以使本网络在常规临床实践中为医生辅助诊断提供更加可靠清晰的早期肺癌参考信息。     

基于三维卷积神经网络的肺结节假阳性筛查

从 CT 影像中检测肺结节在肺癌的早期诊断中至关重要,而肺结节假阳性的筛查 是提高肺结节检测准确度的重要一步。为了从大量候选结节中快速准确地区分出真正的肺结节, 设计了一个 3D 卷积神经网络(CNN)筛查肺结节假阳性。提出了网络模型,通过恒等映射和残差 单元来加速模型训练,采用单连接路径重复利用特征并重组新特征。基于该模型的肺结节假阳 性筛查方法,与基于 2D CNN 的方法相比,不仅可以省略数据切片步骤,而且能够充分利用 CT 影像的空间信息; 与其他基于 3D CNN 的方法相比,具有参数量小、模型训练快的优点。该方 法在 LUNA16 数据集中的假阳性筛查中取得了较高的敏感度。     

改进U型残差网络用于肺结节检测

针对计算机断层扫描（CT）影像中肺结节检测灵敏度较低,且存在大量假阳性的问题,提出一种改进的U型残差网络用于肺结节检测。采取U-net网络的U型结构并利用残差学习方式构建深层次网络,同时引入自校正卷积增加特征的信息提取能力,进行通道间与局部信息增强,有利于检测不同形态的结节;通过引入的通道注意力机制,对特征提取过程中的特征进行重标定,实现自适应学习特征权重,进一步提高检测的准确率;引入DR loss作为该算法的分类损失函数,用于解决数据正负样本失衡问题。在LUNA16数据集对所提算法进行了验证,CPM得分达到0.901,提高了肺结节检测的灵敏度,而且有效降低了检测结果的平均假阳性个数,可有效辅助放射科医师对肺结节进行检测。     

基于密集神经网络的肺结节假阳性筛查模型

通过肺部CT影像进行肺结节检测是肺癌早期筛查的重要手段,而候选结节的假阳性筛查是结节检测的关键部分。传统的结节检测方法主要通过简单的先验知识再利用低级的描述特征进行辅助检测,存在着假阳性高、敏感度低的问题。在深度学习中,卷积神经网络可以在通用的学习过程中提取图像的特征。提出了一种基于密集神经网络的结节假阳性筛查模型:首先对CT图像进行阈值分割提取肺区再截取以结节为中心的图像,送入网络模型进行分类训率;在网络模型中,通过稠密连接强化特征利用、扩大特征空间,采用瓶颈层降低参数冗余。模型在公开的LIDC数据集上取得了95.82%的准确率,ROC曲线下面积达到0.987,CPM为0.772。实验结果表明了该模型的有效性,其性能优于相关文献的方法,适用于肺结节的假阳性降低。     

多输入卷积神经网络肺结节检测方法研究

针对传统计算机辅助诊断系统中肺部结节检出过程复杂,检出结果依赖于分类前期每个步骤的性能,以及存在假阳性率高的问题,提出了一种基于卷积神经网络的端到端的肺结节检测方法。该方法首先使用大量带标签的肺结节数据对构建的多输入卷积神经网络进行训练,实现从原始数据到语义标签的有监督学习。然后采用快速边缘检测方法和二维高斯概率密度函数构建候选区域模板,从待检测CT序列中获取候选区域并将其作为多输入卷积神经网络的输入数据。最后采用判定阈值实现疑似肺结节区域标注,同时在相邻的CT影像中进行重点检测。在LIDC-IDRI数据集上的大量实验结果表明,所提方法在肺部CT影像中对微、小结节的检出率较高;同时,重点检测模板能够小幅降低微、小结节检测的假阳率。     

基于注意力机制的肺结节检测算法

为提升深度卷积神经网络模型检测肺结节的效果,提出一种基于注意力机制的肺结节检测算法。通过空间和通道注意力两种不同粒度与层次的注意力因子增强,提升肺结节检测网络生成的特征映射的质量,达到提升模型性能的目的。在LUNA16公开肺部CT图像数据集上进行大量相关实验,验证了模型的可行性和算法的有效性。