深度学习在脊柱图像分割中的应用综述

深度学习算法在脊柱图像分割中具有学习和自适应能力强、对图像有非线性映射能力等优点,相较于传统分割方法,能更好地提取脊柱图像中的关键信息,并且抑制不相关信息,辅助医生准确定位病灶区域,实现精准、高效分割。从深度学习算法、脊柱疾病类型、图像类型、实验分割结果、性能评估指标等方面,对深度学习在脊柱图像分割中的应用现状进行归纳、总结并加以分析。介绍深度学习模型和脊柱图像分割的背景,从而引出深度学习在脊柱图像分割中的应用;介绍常见的几种脊柱疾病类型,阐述其在图像分割中的难点,并介绍脊柱图像分割中常用的公开数据集、图像分割的方法流程以及图像分割评价指标等要素;结合具体实验总结分析基于卷积神经网络模型、U型网络模型及其改进的模型在椎骨、椎间盘以及脊柱肿瘤图像分割中的应用进展;结合以往的实验结果和当前深度学习模型的研究进展,总结目前临床研究的局限性以及分割效果不足的原因,针对所存在的问题提出相应的解决方法,并对未来的研究和发展进行展望。     

融合深度主动学习的医学图像半自动标注系统

目前深度学习在医学图像分析领域取得的良好表现大多取决于高质量带标注的数据集, 但是医学图像由于其专业性和复杂性, 数据集的标注工作往往需要耗费巨大的成本. 本文针对这一问题设计了一种基于深度主动学习的半自动标注系统, 该系统通过主动学习算法减少训练深度学习标注模型所需的标注样本数量, 训练完成后的标注模型可以用于剩余数据集的标注工作. 系统基于Web应用构建, 无需安装且能跨平台访问, 便于用户完成标注工作.     

基于3D-PCANet的阿尔兹海默病辅助诊断

深度学习在医疗辅助诊断上发挥着越来越重要的作用。然而,深度学习在辅助诊断的过程中,常常会遇到数据标签不足的问题。研究了以非监督深度学习的思想来解决数据标签不足的问题,提出了一种非监督学习方法——3D-PCANet,以对阿尔兹海默病症的MRI图像进行计算机的辅助诊断。该方法使用三维的MRI图像作为数据源。实验结果显示,3D-PCANet算法在阿尔兹海默病诊断中实现了良好的分类效果。     

结合域适应学习的糖尿病视网膜病变分级诊断

目的 传统的糖尿病视网膜病变(糖网)(diabetic retinopathy, DR)依赖于早期病理特征的精确检测,但由于数据集缺乏病灶标记区域导致无法有效地建立监督性分类模型,引入其他辅助数据集又会出现跨域数据异质性问题;另外,现有的糖网诊断方法大多无法直观地从语义上解释医学模型预测的结果。基于此,本文提出一种端到端式结合域适应学习的糖网自动多分类方法,该方法协同注意力机制和弱监督学习加强优化。方法 首先,利用已标记病灶区域的辅助数据训练病灶检测模型,再将目标域数据集的糖网诊断转化为弱监督学习问题,依靠多分类预测结果指导深度跨域生成对抗网络模型,提升跨域的样本图像质量,用于微调病灶检测模型,进而过滤目标域中一些无关的病灶样本,提升多分类分级诊断性能。最后,在整体模型中融合注意力机制,从医学病理诊断角度提供可解释性支持其分类决策。结果 在公开数据集Messidor上进行糖网多分类评估实验,本文方法获得了71.2%的平均准确率和80.8%的AUC(area under curve)值,相比于其他多种方法具有很大优势,可以辅助医生进行临床眼底筛查。结论 结合域适应学习的糖网分类方法在没有...     

基于深度学习的肠道肿瘤图像识别方法研究

肠道肿瘤诊断目前主要依靠医务人员对于医学图像的经验判断,随着患者不断增加,对于医院和医生的诊断压力也逐渐加大.采用一种自动判断肠道肿瘤的方式对于解决目前肠道肿瘤诊断困难非常必要.文章研究利用深度学习方法针对肠道肿瘤图像进行特征提取和识别,实验采集了1600个医学图像数据,按照7:3比例分配训练集和测试集,采用ResNet50模型,经过训练的网络准确率达到97.95％,在一定程度上为肠癌的诊断提供了辅助诊断信息,具有一定的实用价值.     

融合宫颈细胞领域特征的多流卷积神经网络分类算法

细胞分类是宫颈癌计算机辅助诊断研究和应用的关键技术.针对通用深度学习分类算法在细胞分类中缺少领域知识指导这一局限性,提出一种基于数据驱动和宫颈细胞领域知识的多流卷积神经网络分类算法.文中算法以细胞和细胞核图像为输入,通过卷积神经网络提取图像特征,并根据宫颈细胞标准分级系统中领域知识提取人工设计特征,最后将上述2种特征进行拼接,并经过全连接层融合,构建适用于细胞分类的多流卷积神经网络.实验结果表明,文中算法在仅使用Alexnet作为基础网络的情况下,在Herlev宫颈细胞图像数据集上的正常与异常细胞的分类准确率达到99%,取得了该数据库上目前最好的分类结果;在Ideepwise数据集上,按照细胞学诊断报告的分级准确率为85%,相比单流网络提升3%.     

应用于CT图像肺结节检测的深度学习方法综述

肺癌是世界上死亡率最高的癌症，通过胸部CT影像检测肺结节对肺癌早期诊断和治疗意义重大。为了减轻放射科医生的工作量以及同时减少误诊率和漏诊率，研究人员提出了计算机辅助检测（CAD）系统辅助放射科医生检测和诊断肺结节。目前，研究人员正在尝试不同的深度学习技术，以提高计算机辅助诊断系统在基于CT图像的肺癌筛查中的性能。这项工作回顾了作为肺癌检测的CAD系统目前典型的深度学习的算法和框架，主要从数据集介绍、2D深度学习方法、3D深度学习方法、数据不平衡问题的处理、模型训练方法以及模型可解释性这六个方面进行介绍。最后，对各个方法的主要特点和算法性能进行了综合比较分析，并对如何提高结节检测性能进行了展望。     

融合注意力机制和高效网络的糖尿病视网膜病变识别与分类

目的 糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy,DR）是一种病发率和致盲率都很高的糖尿病并发症。临床中,由于视网膜图像不同等级之间差异性小以及临床医生经验的不同,会出现误诊、漏诊等情况,目前基于人工DR的诊断分类性能差且耗时费力。基于此,本文提出一种融合注意力机制（attention mechanism）和高效率网络（high-efficiency network,EfficientNet）的DR影像自动分类识别方法,以此达到对病变类型的精确诊断。方法 针对实验中DR数据集存在的问题,进行剔除、去噪、扩增和归一化等处理;利用EfficientNet进行特征提取,采用迁移学习的策略用DR的数据集对EfficientNet进行学习与训练,提取深度特征。为了解决病变之间差异小的问题,防止网络对糖尿病视网膜图像的特征学习时出现错分等情况,在EfficientNet输出结果上加入注意力机制;根据网络提取的特征在深度分类器中进行分类,将视网膜图像按等级进行五分类。结果 本文方法的分类精度、敏感性、特异性和二次加权（kappa）值分别为97.2%、95.6%、98.7%和0.84,具有较好的分类性能及鲁棒性。结论 基于融合注意力机制的高效率网络（attention EfficientNet,A-EfficientNet）的DR分类算法有效地提高了DR筛查效率,解决了人工分类的手动提取特征的局限性,在临床上对医生诊断起到了辅助作用,能更有效地防治此类恶性眼疾造成严重视力损伤、甚至失明。     

基于激光雷达数据的行人检测

在自动驾驶领域涉及的众多任务中,行人识别是必不可少的技术之一。针对基于图像数据的行人检测算法无法获得行人深度的问题,提出了基于激光雷达数据的行人检测算法。该算法结合传统基于激光雷达数据的运动目标识别算法和基于深度学习的点云识别算法,可以在不依赖图像数据的条件下感知和检测行人,进而获取行人的准确三维位置,辅助自动驾驶控制系统作出合理决策。该算法在KITTI三维目标检测任务数据集上进行性能测试,中等难度测试达到33.37%的平均准确度,其表现领先于其他基于激光雷达的算法,充分证明了该方法的有效性。     

点云算法在医学领域的研究进展

点云作为一种重要的3维数据,能够直观地模拟生物器官、组织等的3维结构,基于医学点云数据的分类、分割、配准、目标检测等任务可以辅助医生进行更为准确的诊断和治疗,在临床医学以及个性化医疗器械辅助设计与3D打印有着重要的应用价值。随着深度学习的发展,越来越多的点云算法逐步由传统算法扩展到深度学习算法中。本文对点云算法在医学领域的研究及其应用进行综述,旨在总结目前用于医学领域的点云方法,包括医学点云的特点、获取途径以及数据转换方法;医学点云分割中的传统算法和深度学习算法;以及医学点云的配准任务定义、意义,以及基于有/无特征的配准方法。总结了医学点云在临床应用中仍存在的限制和挑战：1）医学图像重建的人体器官点云分布稀疏且包含噪音、误差;2）医学点云数据集标注困难、制作成本高,可用于训练深度学习模型的公开数据集非常稀少;3）前沿的点云处理算法大都基于自然场景点云数据集训练,这些算法在医学点云处理中的鲁棒性和泛化能力还有待验证。随着医学点云数据集质量和数量的提升,医学点云处理算法的研究将会吸引更多的研究者。     

融合VAE和StackGAN的零样本图像分类方法

零样本分类算法旨在解决样本极少甚至缺失类别情况下的分类问题。随着深度学习的发展,生成模型在零样本分类中的应用取得了一定的突破,通过生成缺失类别的图像,将零样本图像分类转化为传统的基于监督学习的图像分类问题,但生成图像的质量不稳定,如细节缺失、颜色失真等,影响图像分类准确性。为此,提出一种融合变分自编码(variational auto-encoder, VAE)和分阶段生成对抗网络(stack generative adversarial networks, StackGAN)的零样本图像分类方法,基于VAE/GAN模型引入StackGAN,用于生成缺失类别的数据,同时使用深度学习方法训练并获取各类别的句向量作为辅助信息,构建新的生成模型stc-CLS-VAEStackGAN,提高生成图像的质量,进而提高零样本图像分类准确性。在公用数据集上进行对比实验,实验结果验证了本文方法的有效性与优越性。     

基于异构距离的集成分类算法研究

针对异构数据集下的不均衡分类问题，从数据集重采样、集成学习算法和构建弱分类器3个角度出发，提出一种针对异构不均衡数据集的分类方法——HVDM-Adaboost-KNN算法（heterogeneous value difference metric-Adaboost-KNN），该算法首先通过聚类算法对数据集进行均衡处理，获得多个均衡的数据子集，并构建多个子分类器，采用异构距离计算异构数据集中2个样本之间的距离，提高KNN算法的分类准性能，然后用Adaboost算法进行迭代获得最终分类器。用8组UCI数据集来评估算法在不均衡数据集下的分类性能，Adaboost实验结果表明，相比Adaboost等算法，F₁值、AUC、G-mean等指标在异构不均衡数据集上的分类性能都有相应的提高。     

基于BO-DKELM的滚动轴承故障诊断

滚动轴承作为旋转机械中的必需元件,其任何故障都可能导致机器乃至整个系统发生故障,从而导致巨大的经济损失和时间的浪费,因此必须要及时准确地诊断滚动轴承故障。针对传统极限学习机中模型参数对滚动轴承故障诊断精度影响较大的问题,提出了一种基于贝叶斯优化的深度核极限学习机的滚动轴承故障诊断方法。首先,将自动编码器与核极限学习机相结合,构建了深度核极限学习机(Deep kernel extreme learning machine, DKELM)模型。其次,利用贝叶斯优化(Bayesian optimization, BO)算法对DKELM中的超参数进行寻优,使得训练数据集和验证数据集在DKELM模型中的分类错误率之和最低。然后,将测试数据集输入到训练好的BO-DKELM中进行故障诊断。最后,采用凯斯西储大学轴承故障数据集对所提方法进行验证,最终故障诊断精度为99.6%,与深度置信网络和卷积神经网络等传统智能算法进行对比,所提方法具有更高的故障诊断精度。     

基于深度学习的COVID-19智能诊断系统

本研究旨在探索运用深度学习的方法辅助医生利用胸部X光片进行COVID-19诊断的可行性和准确性。首先利用公开的COVID-QU-Ex Dataset训练集训练一个UNet分割模型,实现肺部ROI区域的自动分割。其次完成对该公共数据集肺部区域的自动提取预处理。再次利用预处理后的三分类影像数据（新冠肺炎、其它肺炎、正常）采用迁移学习的方式训练了一个分类模型MBCA-COVIDNET,该模型以MobileNetV2作为骨干网络,并在其中加入坐标注意力机制（CA）。最后利用训练好的模型和Hugging Face开源软件搭建了一套方便医生使用的COVID-19智能辅助诊断系统。该模型在COVID-QU-Ex Dataset测试集上取得了高达97.98%的准确率,而该模型的参数量和MACs仅有2.23M和0.33G,易于在硬件设备上进行部署。该智能诊断系统能够很好的辅助医生进行基于胸片的COVID-19诊断,提升诊断的准确率以及诊断效率。     

基于深度学习方法的复杂场景下车辆目标检测

近年来,深度学习算法逐渐尝试应用于目标检测领域。本文针对实际交通场景下的车辆目标,应用深度学习目标分类算法中具有代表性的Faster R-CNN框架,结合ImageNet中的车辆数据集,把场景中的目标检测问题转化为目标的二分类问题,进行车辆目标的检测识别。相比传统机器学习目标检测算法,基于深度学习的目标检测算法在检测准确度和执行效率上优势明显。通过本实验结果分析表明,该方法在识别精度以及速度上均取得了显著的提高。     

基于双向LSTM卷积网络与注意力机制的自动睡眠分期模型

针对现阶段深度睡眠分期模型存在的梯度消失、对时序信息学习能力较弱等问题,提出一种基于双向长短时记忆卷积网络与注意力机制的自动睡眠分期模型。将少样本类别的睡眠脑电数据通过过采样方式进行数据增强后,利用带残差块的卷积神经网络学习数据特征表示,再通过带注意力层的双向长短时记忆网络挖掘深层时序信息,使用Softmax层实现睡眠分期的自动判别。实验使用Sleep-EDF数据集中19晚单通道脑电信号对模型进行交叉验证,取得了较高的分类准确率和宏平均F₁值,优于对比方法。该方法能够有效缓解睡眠分期判别中少数类分类性能较低的问题,并提高了深度睡眠分期模型的整体分类性能。     

基于孪生变分自编码器的小样本图像分类方法

当前深度学习大都基于大量数据通过构建深层次的网络实现自动识别,但在很多场景中难以获得大量的样本数据.针对这一问题,提出一种基于孪生变分自编码器(siamese variational auto-encoder,S-VAE)的小样本图像分类方法.通过变分自编码器提取原始训练数据的高层语义特征,然后由两个训练好的变分自编码...     

基于小样本学习的LCD产品缺陷自动检测方法

针对高分辨率液晶显示器产品(liquid crystal display, LCD)质量在线检测需求,基于深度学习提出一种LCD缺陷自动检测方法。通过设计自适应浅层特征提取层,并引入稀疏卷积结构,多维度、多尺度的提取深层特征,采用迁移学习和深度卷积生成对抗生网络扩充数据强化训练,构建基于小样本学习的LCD表面缺陷检测模型。其特征在于,采用设计的自动分割与定位预处理软件将高分辨率图像划分成适于卷积神经网络学习的图像子块,并根据模型对图像子块的判定类别和定位坐标,同时获取多类型缺陷检测结果。实验结果表明,本文模型可以有效提高检出率,并减少漏检率。     

基于数据挖掘的通信网络故障分类研究

以往针对通信网络故障分类的算法没有考虑告警和故障数据中的潜在特征,导致故障分类准确率低,因此提出一种基于数据挖掘的通信网络故障分类算法。首先,根据对数据背景和数据特点的理解,使用特征构造挖掘数据中潜在的特征,将挖掘到的特征加入原数据中。然后,使用LightGBM算法的特征重要性评估函数对新数据集中的所有特征进行重要性评估,根据重要性值删除不重要特征。最后,使用集成学习模型对特征筛选后的数据集进行故障分类研究。实验结果表明,基于数据挖掘的通信网络故障分类算法的准确率有更好的效果。     

自监督对比特征学习的多模态乳腺超声诊断

超声图像的乳腺癌自动诊断具有重要的临床价值。然而,由于缺乏大量人工标注数据,构建高精度的自动诊断方法极具挑战。近年来,自监督对比学习在利用无标签自然图像产生具有辨别性和高度泛化性的特征方面展现出巨大潜力。然而,采用自然图像构建正负样本的方法在乳腺超声领域并不适用。为此,本文引入超声弹性图像(elastography ultrasound, EUS),利用超声图像的多模态特性,提出一种融合多模态信息的自监督对比学习方法。该方法采用同一病人的多模态超声图像构造正样本;采用不同病人的多模态超声图像构建负样本;基于模态一致性、旋转不变性和样本分离性来构建对比学习的目标学习准则。通过在嵌入空间中学习两种模态的统一特征表示,从而将EUS信息融入模型,提高了模型在下游B型超声分类任务中的表现。实验结果表明本文提出的方法能够在无标签的情况下充分挖掘多模态乳腺超声图像中的高阶语义特征,有效提高乳腺癌的诊断正确率。