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。     

基于多尺度多模式图像的肺结节分类对比研究

基于深度卷积神经网络模型,讨论了不同尺度及不同模式肺结节图像对模型分类表现的影响,并提出了一种2D多视图融合的肺图像处理方法,该方法比传统的2D方式能获取更多的肺结节信息,同时又能比3D的方式引入更少的干扰组织。为了验证模型,对LIDC-IDRI和LUNA16数据集进行了预处理,得到了16、25、36三种尺度下2D、3D、2D全视图融合以及2D多视图融合四种不同模式的肺结节图像,然后构建了2D CNN、3D CNN、2D全视图融合卷积神经网络、2D多视图融合卷积神经网络四种模型。利用上述样本对模型进行训练和验证,最终结果表明,2D多视图融合模式下的肺结节图像相对于其他模式图像具有更佳的肺结节分类表现;对比多种尺度图像,小尺度下的分类表现相对更佳。     

3D多尺度深度卷积神经网络肺结节检测

目的 肺结节是肺癌的早期存在形式。低剂量CT（computed tomogragphy）扫描作为肺癌筛查的重要检查手段,已经大规模应用于健康体检,但巨大的CT数据带来了大量工作,随着人工智能技术的快速发展,基于深度学习的计算机辅助肺结节检测引起了关注。由于肺结节尺寸差别较大,在多个尺度上表示特征对结节检测任务至关重要。针对结节尺寸差别较大导致的结节检测困难问题,提出一种基于深度卷积神经网络的胸部CT序列图像3D多尺度肺结节检测方法。方法 包括两阶段：1）尽可能提高敏感度的结节初检网络;2）尽可能减少假阳性结节数量的假阳性降低网络。在结节初检网络中,以组合了压缩激励单元的Res2Net网络为骨干结构,使同一层卷积具有多种感受野,提取肺结节的多尺度特征信息,并使用引入了上下文增强模块和空间注意力模块的区域推荐网络结构,确定候选区域;在由Res2Net网络模块和压缩激励单元组成的假阳性降低网络中对候选结节进一步分类,以降低假阳性,获得最终结果。结果 在公共数据集LUNA16（lung nodule analysis 16）上进行实验,实验结果表明,对于结节初检网络阶段,当平均每例假阳性个数为22时,敏感度可达到0.983,相比基准ResNet + FPN（feature pyramid network）方法,平均敏感度和最高敏感度分别提高了2.6%和0.8%;对于整个3D多尺度肺结节检测网络,当平均每例假阳性个数为1时,敏感度为0.924。结论 与现有主流方案相比,该检测方法不但提高了肺结节检测的敏感度,还有效地控制了假阳性,取得了更优的性能。     

三维多尺度交叉融合网络肺结节分类研究

计算机断层扫描影像中良、恶性肺结节的准确分类对肺癌的预防和治疗至关重要。然而,由于计算机断层扫描影像中肺结节背景的复杂性,以及良、恶性肺结节判定之间存在的不确定性,使得良恶性肺结节的准确分类成为了一项极具挑战性的工作。提出了一种深度三维多尺度交叉融合卷积神经网络实现了良恶性肺结节的精确分类。使用密集连接结构自动提取肺结节多尺度特征,为了减少特征提取过程中肺结节相关信息的丢失,对多尺度特征引入了交叉融合策略得到多尺度特征组,增强了高、低层次语义信息的表达能力,同时增强特征在网络中的传递和转移。将提取的特征组分别连接至多个softmax分类器,模拟多位经验不同医生共同决策,实现了良、恶性肺结节的精确识别。使用肺图像联合会数据集进行验证,分类准确率达到了90.96%,AUC为94.95%。     

基于多尺度密集网络的肺结节图像检索算法

现有基于内容的医学图像检索（CBMIR）算法存在特征提取的不足，导致图像的语义信息表达不完善、图像检索性能较差，为此提出一种多尺度密集网络算法以提高检索精度。首先，将512×512的肺结节图像降维到64×64，同时加入密集模块以解决提取的低层特征和高层语义特征之间的差距；其次，由于网络的不同层提取的肺结节图像信息不同，为了提高检索精度和效率，采用多尺度方法结合图像的全局特征和结节局部特征生成检索哈希码。实验结果分析表明，与自适应比特位的检索（ABR）算法相比，提出的算法在64位哈希码编码长度下的肺结节图像检索查准率可以达到91.17%，提高了3.5个百分点；检索一张肺切片需要平均时间为48 μs。所提算法的检索结果在表达图像丰富的语义特征和检索效率方面，优于其他对比的网络结构，适用于为医生临床辅助诊断提供依据、帮助患者有效治疗。     

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。     

基于改进的V-Net模型肺结节分割算法的研究

由于CT图像是三维图像,在原始的V-Net模型分割中,易出现结节漏检和边界分割不清晰,以及损失函数Dice训练时不稳定等问题。根据这些问题,提出3D多尺度SE V-Net,简称MSEV-Net网络,同时通过联合损失函数来提高训练的稳定性。该网络模型在V-Net网络的基础上,使用多尺度卷积模块来替换原有的5×5×5卷积,同时在残差连接后加入SE通道注意力模块,通过不同尺度的特征融合和学习不同通道之间的关系,解决肺结节小不易分割的问题。同时在V-Net网络残差连接基础上加一条短跳跃连接,使得整个网络更好利用全局特征。联合损失函数选择Dice和交叉熵损失函数进行融合,可以很好地解决训练不稳定问题。提出的MSEV-Net网络模型和联合损失函数在平均分割准确率PA达到0.998,DSC达到0.837。实验结果表明,该方法在提高肺结节分割精度方面具有一定的效果。     

基于多尺度特征结构的U-Net肺结节检测算法

针对肺结节低层特征在网络传输过程中的缺失问题,基于多尺度特征结构,提出一种改进的U-Net卷积神经网络肺结节检测算法。采用卷积操作与池化操作获取高层特征,通过密集网络使得特征信息在输入层和输出层之间高速流通,并结合扩张卷积生成多尺度特征,提高肺结节低层特征的利用率。实验结果表明,与传统U-Net卷积神经网络的肺结节检测算法相比,改进算法对于小型结节的检测准确率约提高20%,可实现更准确的肺部病灶区域定位。     

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。     

带有语义特征得分的肺结节检测方法

针对传统肺结节检测智能算法仅预测结节的位置,缺少医生临床习惯使用的“分叶”“纹理”“毛刺”等直观的语义解释的问题,提出一种带有语义特征得分的肺结节检测方法。将Faster R-CNN的区域建议网络（RPN）中嵌入细致度、内部结构、分叶、毛刺、边界、钙化、圆度、纹理等8个医生常用的语义特征,设计新的锚盒机制,增加全连接网络实现语义特征的回归学习,将其作为辅助信息结合Faster R-CNN训练实现肺结节检测和语义预测的联合学习。LIDC/IDRI数据集上的测试结果显示,所提方法的肺结节定位的精度为91.2%,肺结节良恶性分类的准确率、敏感性、特异性分别为81%、91.2%、70.8%。在8个语义特征得分上,医生间的差异为0.59±0.80（平均绝对误差±标准差）,所提算法预测的语义解释和医生的差异为0.62±1.03,预测结果接近医生个体的差异。修改后的网络达到了较好的检测精度和语义特征预测,方便医生对机器检测结果的理解和临床解释。     

基于ECA-Net与多尺度结合的细粒度图像分类方法

针对细粒度图像分类问题提出了一种有效的算法以实现端到端的细粒度图像分类.ECA-Net中ECA(efficient channel attention)模块是一种性能优势显著的通道注意力机制,将其与经典网络ResNet-50进行融合构成新的基础卷积神经网络ResEca;通过物体级图像定位模块与部件级图像生成模块生成物体级图像和部件级图像,并结合原始图像作为网络的输入,构建以ResEca为基础的三支路网络模型Tb-ResEca-Net(three branch of ResEca network).该算法在公有数据集CUB-200-2011、FGVC-aircraft和Stanford cars datasets上进行测试训练,分别取得了89.9％、95.1％和95.3％的准确率.实验结果表明,该算法相较于其他传统的细粒度分类算法具有较高的分类准确率以及较强的鲁棒性,是一种有效的细粒度图像分类方法.     

基于多尺度特征融合和残差注意力机制的目标检测

作为一个多任务的学习过程,目标检测相较于分类网络需要更好的特征.基于多尺度特征对不同尺度的目标进行预测的检测器性能已经大大超过了基于单一尺度特征的检测器.同时,特征金字塔结构被用于构建所有尺度的高级语义特征图,从而进一步提高了检测器的性能.但是,这样的特征图没有充分考虑到上下文信息对语义的补充作用.在SSD基准网络的基...     

基于神经网络架构搜索的肺结节分类算法

肺结节分类是早期肺癌诊断的重要任务。基于深度学习的肺结节分类方法虽然能够取得良好的分类精度,但存在模型复杂和可解释性差的问题。为此,提出了一种基于神经网络架构搜索的肺结节分类算法。首先,将注意力残差卷积cell作为搜索空间的基本单元,并使用偏序剪枝方法作为搜索策略来构建神经网络架构以搜索3D分类网络,从而达到网络性能和搜索速度的平衡。其次,在网络中构建了多尺度通道和空间注意力模块来提高特征描述和类别推理的可解释性。最后,采用堆叠法将搜索到的网络架构进行多模型的融合,从而获取精准的肺结节良恶性分类预测结果。实验结果表明,在肺结节分类常用数据集LIDC-IDRI上,所提算法与最新肺结节分类算法相比具有较好的分类性能和较快的收敛,且所提算法的特异性和精确率分别达到95.37%和93.42%,能够实现良恶性肺结节的准确分类。     

基于改进Faster R-CNN和3D DCNN的肺结节检测算法

针对传统肺结节检测准确率低,且存在假阳性高的问题,提出了一种改进Faster R-CNN网络检测候选结节,以及改进的3D DCNN网络去除假阳性的算法。考虑到结节的形状大小等因素,在Faster R-CNN上更改锚点数量和尺寸检测结节的鲁棒性,并在特征提取器的最后一层添加一个反卷积层,在网络特征图上根据结节尺寸添加小型滑动网络以使网络自适应生成感兴趣区域,获取候选结节。为了去除假阳性结节,在2D DCNN网络基础上调整卷积核参数,引入时间维度生成3D DCNN,并利用Adam算法调整网络学习率更改网络权重参数,采用数据增强策略进一步提取结节的全局特征。LIDC-IDRI数据集上的实验结果表明,所提出的算法平均检测准确率达到97.71%,同时降低了误诊率和漏诊率。