聚类分析在肺结节识别中的应用

针对肺部微小结节难于识别的问题,提出用聚类算法分析肺部感兴趣区域(ROI)的方法。为进一步提高运行速度和识别率,提出全权模糊聚类算法PWFCM,给每个样本及其特征分别赋予权值并引入新的隶属度约束改进收敛性;利用二次聚类策略降低不均衡ROI数据造成的低敏感度。对实际CT影像数据进行测试,实验结果表明：该聚类分析具有高敏感度和低假阳性率,能有效地检测出肺结节。     

一种改进的加权模糊核聚类算法

聚类算法对初始值的依赖性较大,通常容易陷入局部最优, 很难得到稳定的聚类结果.为改善该问题,本文提出了一种改进的加权模糊核聚类算法,将迭代自组织的数据分析算法(ISODATA)的思想引入到加权模糊核聚类算法(WFKCA)中,利用聚类中心分裂/合并的中间结果来调整初始中心,降低了WFKCA算法收敛于局部最优的可能.改进算法采用特征空间中的计算度量,将单值标准差阈值扩展为标准差阈值向量,并增加了对聚类中心的调整幅度.实验结果显示,该算法在不同结构和维数的数据集上都取得了更稳定的聚类精度.     

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。     

基于模糊速度函数的活动轮廓模型的肺结节分割

肺结节是肺癌在早期阶段的表现形式. 利用计算机辅助诊断(Computer-aided diagnosis, CAD)技术对血管粘连型肺结节和磨玻璃型肺结节进行检测, 需要对这两类肺结节进行准确的分割. 目前基于传统活动轮廓模型的肺结节分割算法, 存在边界泄露现象. 对此, 本文提出一种基于模糊速度函数的活动轮廓模型的肺结节分割算法. 首先, 采用结合灰度特征和局部形态特征的模糊聚类算法, 计算模糊速度函数中的模糊隶属度; 其次, 将模糊速度函数引入到活动轮廓模型中, 在肺结节的边界处, 该速度函数为零, 轮廓曲线停止演变, 从而完成肺结节的分割. 实验结果表明, 本文提出的算法可以精确地分割血管粘连肺结节和磨玻璃型肺结节.     

改进局部自适应的快速FCM肺结节分割方法

进行肺部肿瘤计算机辅助诊断的关键问题是实现对病变组织的正确、快速分割,为此,提出了一种能够有效提高局部邻域像素自适应程度的快速模糊C均值聚类肺结节分割方法.首先构造像素与邻域窗口空间关系的二维向量表示,获得不同向量值的统计分布规律;然后用改进的空间函数综合考虑中心像素与单个相邻像素间的灰度相似度、与邻域窗口的空间相似度对模糊隶属度的贡献,动态地调整邻域像素的隶属度对中心像素的影响;最后给出该方法在迭代计算效率和局部自适应方面的改进.实验结果表明,该方法对血管粘连型、胸膜粘连型和毛玻璃肺结节的分割效果优于其他典型算法.     

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.     

基于改进模糊聚类算法的路面裂纹图像分割

图像分割是路面裂纹识别的关键步骤,图像分割的效果直接影响路面裂纹的识别和分类。针对路面图像模糊核均值聚类算法中迭代结果容易出现局部最优的问题。提出一种改进的模糊核均值聚类算法,利用OTSU算法先获得最佳阈值,再通过该阈值得到各聚类的灰度均值,将这些均值作为聚类中心的初始值以实现模糊聚类算法。路面图像裂纹分割试验结果证明,提出的改进算法实现初始聚类中心的优化,避免算法出现局部最优,提高了分割效果,可以应用到路面裂纹图像分割的工程应用中。     

基于改进K均值聚类的异常检测算法

通过改进传统K-means算法的初始聚类中心随机选取过程,提出了一种基于改进K均值聚类的异常检测算法。在选择初始聚类中心时,首先计算所有数据点的紧密性,排除离群点区域,在数据紧密的地方均匀选择K个初始中心,避免了随机性选择容易导致局部最优的缺陷。通过优化选取过程,使得算法在迭代前更加接近真实的聚类类簇中心,减少了迭代次数,提高了聚类质量和异常检测率。实验表明,改进算法在聚类性能和异常检测方面都明显优于原算法。     

基于改进Canny算法的肺癌辅助诊断算法

肺癌辅助诊断技术根本上是为了帮助医生进行诊断分析并提供一定的依据[1].在边缘检测时运用了改进的Canny算法,在分割后进一步分割出肺结节.传统Canny算法采用的高斯滤波和高低双阈值不具有自适应性.使用者需要人为设定参数.采用自适应中值滤波代替高斯滤波,并用迭代法阈值选择算法得到双阈值,从而对Canny算法进行改进,并在肺部CT上进行试验,通过肺结节大小、位置、形状等生理特征判断是否患有肺癌.结果证明,上述方法可以更准确提取出肺结节轮廓并初步分析患者是否患有肺癌.     

新的鲁棒模糊C-均值聚类分割算法及其应用

针对Krinidis和公茂果等提出的系列鲁棒模糊局部C-均值聚类算法存在聚类中心迭代公式缺乏严格数学理论基础的不足,于是将其聚类目标函数及其约束条件采用拉格朗日乘子法进行严格数学推导,从而获得最优解逼近的隶属度和聚类中心迭代表达式,并通过多次循环迭代实现图像聚类分割。实验结果表明,本文所建议的鲁棒模糊局部C-均值聚类分割算法是有效的,相比现有鲁棒模糊局部C-均值聚类分割算法更适合复杂遥感等图像的分割需要。     

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。     

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。     

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。     

基于改进的半监督FCM 聚类算法的肺结节分类与识别

对肺结节的分类识别是肺部肿瘤计算机辅助诊断系统的关键环节。为了提高肺结 节分类识别的准确率,针对肺结节的病变特征提取出一组以形状特征为主的特征向量,同时基 于LIDC 数据库中医生提供的标记信息,提出一种改进的半监督FCM 聚类分析算法,利用部分 标记样本的类别信息来指导聚类过程,使非标记样本更准确的聚类。实验结果表明,本文方法 能得到更高的分类准确率。     

基于分布先验的半监督FCM的肺结节分类

肺结节的良恶性分类对于肺癌的早期发现及诊断具有重要意义。然而实际应用中,标记的图像数量较少,且获取标记将耗费大量的人力,在这种情况下,使用半监督学习算法是有效提高分类性能的一个思路。作为一种经典的半监督学习算法,传统的半监督FCM在未标记样本与标记样本分布不平衡情况下不能充分利用标记信息。针对此问题,本文提出了一种基于分布先验的半监督FCM算法。首先计算样本的先验分布概率,基于获得的先验概率,给样本赋予权重,并将其融入到半监督FCM聚类中,从而强化少量的标记样本在聚类过程中的指导作用。文中在LIDC数据库上进行了相应的实验,实验结果证明,相比较传统的半监督FCM算法,提出的算法能够取得更好的肺结节分类性能。     

保边滤波和改进FCM的疑似肺结节分割方法

提出一种基于保边滤波和改进FCM算法的疑似肺结节自动分割方法。首先,分离出边缘光滑的肺实质并通过非线性各向异性扩散滤波增强肺区疑似病灶,然后运用改进的模糊C-均值聚类算法分割出不同大小的疑似肺结节。实验结果证明,该方法能够自动、准确地完成疑似肺结节分割,比用传统的FCM算法取得更佳效果,并具有良好的鲁棒性和效率。     

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。