CT图像肺结节的毛刺检测与量化评估

为准确检测并量化评估毛刺征,提出一种CT图像肺结节的毛刺检测与量化评估方法。首先利用区域生长算法与水平集方法结合进行结节主体的准确分割;而后利用线性滤波模板提取结节主体周边区域的毛刺;最后引入毛刺水平指数作为毛刺特征的量化指标。在此基础上对结节有无毛刺进行分类,并与肺部图像数据库联盟(LIDC)的量化评级进行一致性和相关性分析。实验结果表明,该方法可以有效地检测并定量描述CT图像肺结节的毛刺征。     

基于局部闭值和聚类中心迭代的肺结节检测算法

肺部疾病通常以肺结节的形式表现出来。为了对肺部疾病进行诊断治疗,需要对肺结节进行准确的检测。提出了基于局部阈值和聚类中心迭代的肺结节检测算法。首先,对肺实质图像采用局部阈值算法,提取感兴趣区域(ROIs),并且计算ROIs的形态特征、灰度特征和纹理特征;其次,结合规则、聚类中心迭代和欧式距离,对ROIs进行分类。实验结果表明,所提算法能够较好地检测出孤立性结节、低对比度结节和粘连肺壁结节。     

改进的模糊聚类亚实质肺结节3维分割

肺癌是当今对人类健康与生命危害最大的恶性肿瘤之一.早期肺癌一般表现为肺结节,如能及时从肺部CT图像中检测到肺结节,便能及早发现肺癌,经治疗后可有效延长患者的生存时间,所以CT图像是肺癌诊断和疾病治疗的重要依据.但对全肺进行螺旋CT扫描产生的大量图像给人工检测肺结节带来了困难,因此,基于CT图像的肺结节计算机辅助检测(CAD)技术应运而生.由于CAD能有效辅助放射科医生提高肺结节的检测准确率与工作效率,降低漏诊与误诊率,因此,CAD成了目前生物医学工程领域的研究热点之一.尽管目前报道的CAD系统所采用的方法各有不同,但基本上都是遵循以下步骤完成:1)CT图像的预处理;2)肺结节的分割;3)特征提取及优化选择;4)肺结节的分类识别.其中对结节的精确分割与否直接影响到后续的特征选择与优化,而特征选择与优化又进而影响到分类器的分类属性,所以肺结节分割是基于CT图像的肺结节计算机辅助检测的关键步骤.肺结节可细分为实质性结节(solid nodule)和亚实质性结节(sub-solid nodule).其中完全屏蔽肺实质的结节称为实质性结节,否则称为亚实质性结节.实质性结节表现为边界比较规则的类圆形病灶,且密度较高、边界清晰,因此较容易分割,对实质性肺结节的分割国内外均有大量文献报道.与实质性肺结节相比,亚实质性肺结节其密度表现为磨玻璃影(GGO),且边缘不清晰(多带毛刺)、没有特定的形状.实质性结节中93％以上为良性病灶,而因为带有GGO,亚实质性肺结节的恶性化程度较实质性结节而言表现得较高.因此,亚实质性结节的精确分割对发现早期肺癌更具应用价值,也面临更大的难度和挑战.模糊聚类算法是一种基于模糊数学的常用的灰度图像分割方法,适合解决灰度图像中存在的模糊和不确定性问题.而经典的模糊聚类算法及其数种改进算法在聚类过程中具有明显的缺点和不足,仅考虑了每个像素的灰度值分别与各聚类中心的距离,未考虑相邻像素之间的影响及利用图像的空间信息,在分割时可能会丢失图像部分信息,所以不适用于亚实质性肺结节分割.针对肺CT图像中亚实质性肺结节的特点,对模糊C均值聚类(FCM)及其改进算法核模糊聚类(KFCM)和加权核模糊聚类(WKFCM)进行实践,提出一种改进的利用血管及类别结构信息加权的适用于亚实质肺结节的核模糊聚类(IWKFCM)3维分割方法.该方法首先从肺CT序列图像的中心层中手动选取结节感兴趣区域(ROI),然后在由ROI临近层确定的3维感兴趣区域(VOI)内进行IWKFCM聚类,最后对聚类结果进行3维连通域标记及形态学处理得到最终结节的分割结果.本文分别采用36个LIDC标准数据和18个临床数据对所提出的分割方法进行评价,以放射科医生手动分割的区域作为金标准计算重合率,其均值分别为71.65％及76.18％,且假阳性率及假阴性率均低于17％.实验结果表明,相较于FCM,KFCM与WKFCM等未改进算法,IWKFCM能够获得更准确的分割结果,并且分割效果同时优于目前文献报道的其他非模糊数学方法,为基于CT图像的肺结节计算机辅助检测提供了一种分割亚实质性肺结节的工具.     

肺实质CT图像细化分割

目的 由于肺部CT图像中各组织结构复杂、灰度分布不均匀,造成肺实质部分难以准确分割和提取。为了提高肺实质分割的准确率,本文提出了一种基于超像素的细化分割与模糊C均值聚类相结合的自动分割算法。方法 该算法充分利用肺部CT图像的灰度、纹理特征,同时为了正确标记超像素的分类,引入一种空间邻域信息来增强空间约束进而有效地解决灰度不均匀的问题,它能够对肺实质进行分割并除去其周围的主血管,然后利用形态学知识去除肺部的分支血管。结果 在临床患有四类疾病的患者CT图像数据集上采用改进的图像特征,使得肺实质分割的准确率提高了0.8%。同时,算法准确率提高到99.46%。结论 实验结果表明,本文算法能够实现肺部CT图像肺实质的自动细化分割,结果准确适用。该算法鲁棒性好、速度快,是一种精确有效的自动肺实质分割方法。     

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。     

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。     

基于超像素空间金字塔模型的场景识别研究

针对以往场景识别研究中将图像分割成大小相等的矩形区域进行特征提取而导致识别率低的问题,提出了一种基于超像素空间金字塔模型的场景识别方法：先对图像做不同分辨率的超像素分割,在得到的每个图像子区域中提取PACT特征,然后利用K-means聚类构建出图像集的视觉词典。在进行场景识别时,将每幅图像所有分割子区域的PACT特征连接成一个特征向量,并加入bag of words特征进行分类,最终的场景分类结果在支持向量机LIBSVM上获得。实验结果表明该算法能够有效提高识别率。     

几何距优化质心结合隶属度约束RFCM的脑MRI图像分割算法

针对现有图像分割算法聚类复杂以及分割精度不够高的问题,提出了基于几何距优化质心和粗糙模糊C-均值（RFCM）相结合的医学图像聚类分割算法。首先建立软集表示的像素集,并计算每个像素与质心之间的距离,然后基于像素和质心之间的最小距离,将像素分组到聚类中。为了将软集应用到粗糙模糊C-均值中,定义了一个模糊软集,进一步将输入图像转换为二值图像,通过计算连通区域的几何距选择适当的质心。最后利用这些新的质心计算更新像素的隶属度值,从而完成模糊聚类划分。在Allen Brain Atlas等三个医学数据库上评估了所提出混合算法的性能,获得的Jaccards系数和分割精度（SA）都优于几种对比算法。实验证明,提出的聚类分割算法具有良好的性能。     

基于局部灰度最大和改进Mahalanobis距离分类的肺结节检测算法

CT图像中肺结节检测一直是肺癌CAD系统的关键和难点。提出了一种孤立性肺结节自动检测算法,首先对原始CT图像进行有效、准确的肺实质分割;采用寻找局部灰度最大值方法对ROI进行初始分割;再对分割出的各ROI进行特征提取,利用SVM方法对每个特征进行定量描述,根据SVM单特征分类准确率对Mahalanobis距离进行加权改进,最后采用基于改进的Mahalanobis距离进行肺结节分类。实验结果表明,该算法可以较好地提取出CT图像中的孤立性肺结节,具有较高的灵敏度和较低的漏诊率,可以为医生诊断早期肺癌病灶提供帮助信息。     

三维纹理图像特征准确识别技术仿真研究

研究场景构建中纹理图像的三维特征识别,提高识别准确率。由于图像的效果取决于纹理识别,在三维空间中分析纹理图像时,仅使用聚类算法利用三维图像的空间坐标和三维像素灰度特征对其进行分类识别,忽略了不同方向光照对纹理图像的影响而简单聚类分类,导致因提取的特征信息不足而造成识别准确率不高的问题。因此,提出了一种机器学习的三维特征识别方法。通过变换光照的角度得到不同光照下的纹理图像,提取出多面光照下的三维图像特征信息,并利用机器学习算法对特征信息进行准确训练和分类识别,可避免聚类算法利用信息不足的特征进行分类而造成的识别准确率不高的问题。实验表明,这种方法能够有效提取出特征信息并进行准确分类,具有较高的识别准确率,取得了满意的结果。     

基于局部灰度最大和改进Mahalanobis

CT图像中肺结节检测一直是肺癌CAD系统的关键和难点。提出了一种孤立性肺结节自动检测算法,首先对原始CT图像进行有效、准确的肺实质分割;采用寻找局部灰度最大值方法对ROI进行初始分割;再对分割出的各ROI进行特征提取,利用SVM方法对每个特征进行定量描述,根据SVM单特征分类准确率对Mahalanobis距离进行加权改进,最后采用基于改进的Mahalanobis距离进行肺结节分类。实验结果表明,该算法可以较好地提取出CT图像中的孤立性肺结节,具有较高的灵敏度和较低的漏诊率,可以为医生诊断早期肺癌病灶提供帮助信息。     

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。     

基于和积网络的花朵图像分类研究

通过和积网络的结构学习，将其与新颖的图像特征提取方法相结合，提出了一个新的花朵图像分类方法。所提出的分类方法在考虑了自然场景图像的特点下，利用图像小块的信息进行特征提取，提取到的特征向量具有可辨别性、独立性和鲁棒性；对特征向量构成的矩阵使用和积网络结构学习算法，有利于将相似的实例聚为一类，不同的变量分为不同类。实验结果表明，提出的基于和积网络的花朵图像分类算法有着更理想的分类效果。     

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。     

基于多尺度和特征融合的肺癌识别方法

针对病人肺结节大小各异、结节征象复杂造成的结节检测困难问题,基于迁移学习提出一种多尺度和特征融合的肺癌识别方法,根据CT图像预测病人未来一年内患肺癌的概率。根据肺结节和肺肿块大小,采用3种不同尺度的图像块输入三维结节检测网络,避免小尺度输入的结节检测网络难以获取大区域病灶整体特征的问题;在多尺度输入基础上采用特征融合策略,将网络提取的瓶颈层特征和输出层特征融合,充分描述病灶的详细特征。在Kaggle Data Science Bowl 2017数据集上的实验结果表明,所提方法降低了肺癌预测的损失值,提高了肺癌识别精度。     

基于谱域特征提取与线性回归分类的智能人脸识别算法

针对人脸识别中由于光线、表情变化和遮挡导致人脸图像变化的问题,提出了一种谱域特征提取与线性回归分类算法相结合的智能人脸识别方法。为了实现特征提取的目的,首先使用Viola-Jones算法从原始图像中提取初始人脸部分,并将其转换为120×120像素大小的灰度图像;然后提出了一种计算极坐标傅里叶变换（FFT）以获得预处理人脸图像主要幅度谱特征的新框架,进一步在预处理的图像上执行2D-DFT,并表示为1D P-FFT。特征值是1D P-FFT幅值中的最大值,提取的特征值用于构造表示人脸图像的符号对象。最后利用快速有效的线性回归分类算法实现分类。在AR和GT数据库上进行了各种实验,分别取得了97.51％和98.02％的准确率,与最近报道的一些人脸识别技术相比,提出的方法识别准确率更高。     

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。     

基于先验知识的肝脏轮廓线提取算法研究

准确有效地提取肝脏CT序列的轮廓线是腹部软组织三维模型重建与可视化的关键问题之一。针对肝脏轮廓线提取准确性不高的问题, 提出了一种基于先验知识的肝脏轮廓线提取算法。首先利用拉普拉斯算法进行CT图像增强, 再利用基于边缘先验知识的套索模型对感兴趣区域进行半自动的初始化, 最后通过改进的Snake算法准确地提取肝脏CT图像的边缘。针对序列CT肝脏的边缘提取, 提出根据CT图像序列之间的相关性, 将上一幅图像的轮廓线提取结果作为下一幅CT图像边缘提取的初始化点, 接着批处理地提取CT序列的肝脏边缘。实验结果表明：该算法大大减少了手动初始化结果对目标边缘轮廓准确提取的依赖性, 并有效地解决了肝脏轮廓线的提取问题。