肺结节球表面网格向量化特征分类

目的 基于球谐函数与容斥映射算法向量化球面表面纹理与结节形状用以进行胸部CT图像肺结节良恶性判定。区别于基于深度学习解决肺结节良恶性筛查的方法,目前方法多集中于框架改进而忽略了数据预处理,文中所提方法旨在对球面纹理与结节形状进行向量表达,使其可以输入深度森林进行特征分类训练。方法 首先采用辽宁中医药大学附属医院数据,通过3维重构获得3维肺结节图像。其次使用球谐函数与容斥映射算法在保留空间信息的同时将纹理以网格方式映射到标准球面上。再次使用网格-LBP与映射形变能量分别完成对球面纹理与结节形状信息的构建。最后提出一种基于网格的多粒度扫描方法对深度森林训练框架进行改进,并将向量化后的纹理和形状特征加入到改进的深度森林训练框架中进行实验验证。结果 通过大量的实验结果验证,在准确率（ACC）、特异度（SPE）、敏感度（SEN）和受试者工作特征曲线下的面积（AUC）4个衡量指标下,本文方法具有优于现存先进方法的表现,其中ACC、SPE、SEN和AUC分别达到76.06%、69.46%、88.46%和0.84。结论 基于球谐函数与容斥映射算法可成功地对肺结节表面和形状两个特征进行向量化并训练,不仅考虑了数据预处理,而且通过两个特征对肺结节良恶性检测的准确率要高于传统1个特征检测的结果,同时也为3维模型中特征的提取及向量化提供了一个有效的方法。     

基于特征矢量化的肺结节特征选择算法*

针对肺结节良恶性分类模型中特征选择过程无法避免特征多样性不受破坏的问题,提出一种将肺结节特征矢量化处理的特征选择方法。首先,假设每个肺结节特征都是由数据、类型构成的一个矢量。然后,按照特征类型添加特征到相应的特征子集,并分别利用Relief算法评价特征、特征子集的分类重要性。最后,通过动态阈值的方式筛选得到优化后的特征子集。在150个肺结节样本的分类实验中,采用本文算法所取得的敏感性为94.7%、特异性为93.7%、虚警率为5.2%、受试者工作特性曲线下面积为97.3%。分析表明,本文算法几乎不破坏肺结节特征的多样性,能够显著提高肺结节良恶性分类的准确性。     

基于集成随机森林模型的肺结节良恶性分类*

针对目前计算机辅助肺结节良恶性分类模型精度较低的问题,提出了一种基于CT图像的集成随机森林模型肺结节良恶性鉴别方法。首先,分割肺结节区域,提取其影像学特征向量输入多个基分类器;然后,利用每个基分类器的置信度构建集成模型的分类损失函数,求出每个基分类器的权重;最后,根据每个基分类器输出的类别概率值进行加权求和,求得其中概率最大值的类作为分类类别。为验证提出的分类模型性能,本文设计3种实验方案进行测试,准确率分别达到：96.41%,91.36%,95.82%;并与已有的肺结节良恶性分类模型进行对比,结果表明,集成随机森林分类模型能够有效提高肺结节鉴别良恶性的准确度。     

基于改进ReliefF与k-means算法的良恶性肺结节分类模型

肺结节是肺癌的症状.在CT图像中,肺结节的形状和大小常被用来进行肺癌的诊断,然而良性和恶性结节的鉴别对于疾病的治疗具有重要意义.由于良恶性结节的边缘纹理特征区别大,因此本文首先利用基于改进的边缘检测算子的灰度-梯度共生矩阵(GGCM)提取小梯度优势、灰度分布不均匀性、能量、灰度熵、梯度熵、混合熵、逆差距、相关性等肺部CT图像的14种纹理特征.然后利用改进的ReliefF算法去除作用小的特征,保留重要特征的特征权重值.最后将重要特征的权重值应用于改进距离度量准则的k-means算法中进行良恶性结节的分类.应用本文算法在LIDC数据集上实验,实验分析结果表明,14种纹理特征对于结节良恶性的分类能力并不相同,而灰度差、梯度差、能量、小梯度优势、相关性、灰度熵、混合熵、逆差矩的组合得到的良恶性肺结节分类效果最好,最终实现了良性结节83.46%,恶性结节95.02%的识别率,可在临床应用中辅助医生进行肺结节的良恶性诊断.     

基于改进LVQ算法的肺结节识别与分类

目前,肺癌的是发病率最高的肿瘤,若能在早期发现癌变并进行相应治疗,将极大的提高患者的生存率。肺癌的症状在早期表现为肺结节。以提高肺结节检测识别率并进行良恶性分类为目的,提出了一种改进的LVQ分类器算法。首先使用C-V算法对原始图像进行肺实质分割,再使用最优阈值法进行感兴趣区域提取,并进行特征提取和特征归一化。使用多次聚类算法检测肺结节。使用基于改进的LVQ分类器进行肺结节的良恶性进行分类。利用改进后的LVQ分类器在LIDC数据集上进行实验,得到了对良性结节的确诊率为87.3%,对恶性结节的确诊率为80.8%。实验结果表明,改进后的算法在良恶性结节分类上具有较高的确诊率,有助于提高医生的工作效率,实现肺结节的辅助发现。     

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%。     

基于混合受限玻尔兹曼机的肺结节良恶性诊断

针对传统计算机辅助诊断中肺结节的特征提取方法依靠人工设计、操作复杂、识别率低等问题,提出了一种基于混合受限玻尔兹曼机的肺结节良恶性诊断方法。首先采用多层无监督卷积受限玻尔兹曼机自动对肺结节图像进行特征学习,然后利用分类受限玻尔兹曼机对获得的特征进行良恶性分类。为避免分类受限玻尔兹曼机在训练中出现的特征同质化问题,引入了交叉熵稀疏惩罚对其进行优化。实验结果表明,该方法有效避免了手动特征提取的复杂性,在肺结节良恶性分类的准确率、敏感性、特异性、ROC曲线下面积值上均优于传统诊断方法。     

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。     

Diagnosis of solitary lung nodules using the local form of Ripley's K function applied to three-dimensional CT data

This paper analyzes the application of Ripley’s K function to characterize lung nodules as malignant or benign in computerized tomography images. The proposed characterization method is based on a selection of measures from Ripley’s K function to discriminate between benign and malignant nodules, using stepwise discriminant analysis. Based on the selected measures, a linear discriminant analysis procedure is performed once again in order to predict the classification of each nodule. To evaluate the ability of these features to discriminate the nodules, a set of tests was carried out using a sample of 39 pulmonary nodules, 29 benign and 10 malignant. A leave-one-out procedure was used to provide a less biased estimate of the linear discriminator’s performance. The best setting of the analyzed function in the tested sample presented 70.0% of sensitivity but with 100.0% of specificity and 92.3% of accuracy. Thus, preliminary results of this approach are very promising regarding its contribution to the diagnosis of pulmonary nodules, but it still needs to be tested with larger series and associated to other quantitative imaging methods in order to improve global performance.     

融合深度网络和浅层纹理特征的甲状腺结节癌变超声图像诊断

目的 在甲状腺结节图像中对甲状腺结节进行良恶性分析,对于甲状腺癌的早期诊断有着重要的意义。随着医疗影像学的发展,大部分的早期甲状腺结节可以在超声图像中准确地检测出来,但对于结节的性质仍然缺乏准确的判断。因此,为实现更为准确的早期甲状腺结节良恶性超声图像诊断,避免不必要的针刺或其他病理活检手术、减轻病患生理痛苦和心理压力及其医疗费用,提出一种基于深度网络和浅层纹理特征融合的甲状腺结节良恶性分类新算法。方法 本文提出的甲状腺结节分类算法由4步组成。首先对超声图像进行尺度配准、人工标记以及图像复原去除以增强图像质量。然后,对增强的图像进行数据扩展,并作为训练集对预训练过的GoogLeNet卷积神经网络进行迁移学习以提取图像中的深度特征。同时,提取图像的旋转不变性局部二值模式（LBP）特征作为图像的纹理特征。最后,将深度特征与图像的纹理特征相融合并输入至代价敏感随机森林分类器中对图像进行良恶性分类。结果 本文方法在标准的甲状腺结节癌变数据集上对甲状腺结节图像取得了正确率99.15%,敏感性99.73%,特异性95.85%以及ROC曲线下面积0.997 0的的好成绩,优于现有的甲状腺结节图像分类方法。结论 实验结果表明,图像的深度特征可以描述医疗超声图像中病灶的整体感官特征,而浅层次纹理特征则可以描述超声图像的边缘、灰度分布等特征,将二者统一的融合特征则可以更为全面地描述图像中病灶区域与非病灶区域之间的差异以及不同病灶性质之间的差异。因此,本文方法可以准确地对甲状腺结节进行分类从而避免不必要手术、减轻病患痛苦和压力。     

融合多维度卷积神经网络的肺结节分类方法

针对CT图像肺结节分类任务中分类精度低,假阳性高的问题,提出了一种加权融合多维度卷积神经网络的肺结节分类模型,该模型包含两个子模型：基于二维图像的多尺度密集卷积网络模型,以捕获更宽泛的结节变化特征并促进特征重用;基于三维图像的三维卷积神经网络模型,以充分利用结节空间上下文信息。使用二维和三维CT图像训练子模型,根据子模型分类误差计算其权重,对子模型分类结果进行加权融合,得到最终分类结果。该模型在公共数据集LIDC-IDRI上分类准确率达到94.25%,AUC值达到98%。实验结果表明,加权融合多维度模型可以有效地提升肺结节分类性能。     

图像灰度密度分布计算模型及肺结节良恶性分类

提出一种基于密度分布的特征评估算法,同时引入模式识别模型来评估该方法的效率。首先,从肺部肿瘤图像中随机提取像素块集,通过K-均值聚类算法将其分为10类,根据CT图像中肺结节像素值和聚类中心的关系,提取出10维特征向量,利用随机森林分类器进行模型训练,进而判断肺结节良恶性水平。通过CT图像公开数据集LIDC-IDRI实验表明分类平均精度达到0.900 8。实验结果对比分析表明,提出的特征表达方法具有更优的分类效果和更高的鲁棒性。     

Analysis of spatial variability using geostatistical functions for diagnosis of lung nodule in computerized tomography images

This paper analyzes four geostatistical functions —semivariogram, semimadogram, covariogram, and correlogram—with the purpose of characterizing lung nodules as malignant or benign in computerized tomography images. The tests described in this paper were carried out using a sample of 30 nodules, 24 benign and 6 malignant. Stepwise discriminant analysis was used to determine which combination of measures were best able to discriminate between the benign and malignant nodules. Then, a linear discriminant analysis procedure was performed using the selected features to evaluate the ability of these features to predict the classification for each nodule. A leave-one-out procedure was used to provide a less biased estimate of the linear discriminator’s performance. All analyzed functions have value area under receiver operation characteristic (ROC) curve above 0.800, which means results with accuracy between good and excellent. The preliminary results of this approach are very promising in characterizing nodules using geostatistical functions.     

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。     

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。     

Diagnosis of lung nodule using semivariogram and geometric measures in computerized tomography images

This paper uses the geostatistical function - semivariogram and a set of 3D geometric measures - sphericity index, convexity index, extrinsic and intrinsic curvature index and surface type, to characterize lung nodules as malignant or benign in computerized tomography images. Based on a sample of 31 nodules, 25 benign and 6 malignant, these methods are first analyzed individually and then jointly, with techniques for classification and analysis (stepwise discriminant analysis, leave-one-out and ROC curve). We have concluded that the individual measures and their combinations produce good results in the diagnosis of lung nodules.     

Diagnosis of lung nodule using Moran’s index and Geary’s coefficient in computerized tomography images

This paper analyzes the application of Moran’s index and Geary’s coefficient to the characterization of lung nodules as malignant or benign in computerized tomography images. The characterization method is based on a process that verifies which combination of measures, from the proposed measures, has been best able to discriminate between the benign and malignant nodules using stepwise discriminant analysis. Then, a linear discriminant analysis procedure was performed using the selected features to evaluate the ability of these in predicting the classification for each nodule. In order to verify this application we also describe tests that were carried out using a sample of 36 nodules: 29 benign and 7 malignant. A leave-one-out procedure was used to provide a less biased estimate of the linear discriminator’s performance. The two analyzed functions and its combinations have provided above 90% of accuracy and a value area under receiver operation characteristic (ROC) curve above 0.85, that indicates a promising potential to be used as nodules signature measures. The preliminary results of this approach are very encouraging in characterizing nodules using the two functions presented.

基于遗传算法和BP神经网络的孤立性肺结节分类算法

为了提高计算机辅助诊断系统中孤立性肺结节的良恶性诊断的准确性,提出了一种基于遗传算法和BP神经网的分类算法。该算法针对BP神经网络容易陷入局部最优的问题,综合考虑孤立性肺结节的医学诊断特性,采用遗传算法对基于BP神经网络的分类器进行优化,并通过对PET/CT图像进行处理,提取病灶的功能特征、结构特征以及临床信息作为神经网络分类器的输入样本,实现孤立性肺结节的良恶性分类。对医院以及网络公共数据库中的大量实验数据进行分类实验,结果表明优化后的算法在分类准确性上有较大的提高,说明该方法在肺结节临床分类方面是有效的。     

深度卷积神经网络胸片肺结节分类识别研究

针对肺结节特征复杂且不明显,难以精确诊断出胸片中是否含有肺结节的问题,提出将深度神经网络应用于肺结节分类识别之中。首先通过将胸片灰度一致化,减少由于不同设备导致胸片亮度与灰度的差异;其次采用不同的数据扩增方法使得深度卷积神经网络可以充分提取肺结节的特征;最后通过改进的神经网络架构对肺结节进行分类识别。提出的算法有效地避免了在对胸片图像进行分割时造成图像特征部分丢失的现象,同时克服了由于胸片图像的复杂造成的肺结节特征不明显的缺点。最终通过实验研究证明胸片肺结节分类识别的平均准确率达到84.2%,在医学胸片肺结节的分类识别领域上具有一定的应用价值。