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PSO-SVM的孤立性肺结节良恶性分类研究

为辅助医生诊断孤立性肺结节的良恶性,提出一种针对肺结节的PET/CT影像特征的PSO-SVM分类方法。该方法利用粒子群算法(PSO)对支持向量机(SVM)进行参数搜索,进而选择最合适的参数,得到合适的SVM分类模型。实验表明,利用粒子群优化算法对支持向量机模型中的参数进行优化,可以避免人为选择的随机性,在解决分类问题中有良好的表现。使用此方法得到的分类模型对良恶性肺结节进行分类,平均正确率可达到90%以上,且为医生诊断肺结节时选取的主要特征提供了理论依据。     

动态多分类器集成在肺结节辅助检测中的应用

针对肺结节病灶数据具有多样性及异质性特点,提出了动态多分类器选择集成算法（Dynamic Multiple Classifiers Selection,DMCS）,将特征空间随机划分为若干特征子集,针对每个特征子集样本分布不同,对不同的特征子集选择适合的基分类器,最后进行集成学习。实验表明,该算法比目前有代表性的肺结节检测病灶分类算法具有更好的稳定性和检测性能。     

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。     

基于深度迁移学习的肺结节辅助诊断方法

在肺癌早期筛查过程中,人工诊断胸部CT扫描图像费时费力,而深度学习网络缺乏足够的医学数据进行训练。为此,提出一种渐进式微调(PFT)策略,将其应用于深度迁移学习网络以辅助诊断肺结节良恶性。利用神经网络在粗粒度的自然图像大数据集中学习特征知识,经重构网络分类层将所学到的特征信息迁移至肺结节的细粒度小数据集。采用PFT策略从全连接分类层开始,逐层释放、微调训练卷积层直至所有网络层,并通过定量分析各层微调后肺结节良恶性分类的AUC值,确定最佳微调深度。此外,采用梯度加权类激活映射图和t-SNE算法为网络预测结果提供相应的视觉支持与解释。在LIDC数据集中的实验结果表明,该方法对肺结节良恶性诊断的准确率可达91.44%,其AUC值为0.962 1。     

基于放射组学特征的胃肠道间质瘤的分类预测

胃肠道间质瘤(GastroIntestinal Stromal Tumors,GIST)是常见的胃肠道肿瘤,具有非定向分化特征,缺乏特异性,且具有恶性潜能,所以GIST的良恶性诊断是临床较为关注的问题。然而,病理活检及CT检查等临床鉴别手段在研究肿瘤异质性方面存在一定困难。文中提出一种基于CT图像提取大量量化的放射组学特征并利用SVM分类器对GIST良恶性进行分类预测的非侵入式方法。首先,应用放射组学方法对120个患有GIST的病人的CT图像肿瘤区域分别提取4个非纹理特征和43个纹理特征。 然后,应用基于ReliefF的前向选择算法进行特征选择,再用最佳特征子集训练得到的SVM分类器来对GIST良恶性进行分类预测。实验中,共有14个纹理特征入选最佳特征子集,且SVM分类模型对GIST良恶性分类的AUC、准确率、敏感性、特异性在训练集中分别为0.9949,0.9277,0.9537,0.9018;在测试集中分别为0.8524,0.8313,0.8197,0.8420。该方法以放射组学的研究方法建立的模型,为GIST良恶性预测提供了一种非入侵式的检测手段,有望成为一种辅助诊断工具,以提高临床GIST良恶性诊断的准确率。     

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。     

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。     

Automatic classification for solitary pulmonary nodule in CT image by fractal analysis based on fractional Brownian motion model

Perfusion computed tomography (CT) method has been used to differentiate malignant pulmonary nodules from benign nodules based on the assessment for the change of the CT attenuation value within the pulmonary nodules. Instead of using the change of the CT attenuation value, a set of fractal features based on fractional Brownian motion model is proposed in this paper to automatically distinguish malignant nodules from benign nodules. In a set of 107 CT images from 107 different patients with each image containing a solitary pulmonary nodule, our experimental results obtained from a support vector machine classifier show that the accuracy, sensitivity, specificity, positive predictive value, negative predictive value, and the area under the ROC curve are 83.11%, 90.92%, 71.70%, 80.05%, 87.52%, and 0.8437, respectively, by using the proposed fractal-based feature set. Such a result outperforms the conventional method of using the change of the CT attenuation value as the feature for classification. When combining this conventional method with our proposed fractal-based method, the accuracy, sensitivity, specificity, positive predictive value, negative predictive value, and the area under the ROC curve can be promoted to 88.82%, 93.92%, 82.90%, 87.30%, 90.20%, and 0.9019, respectively. In other words, a high performance of pulmonary nodule classification can be achieved with a single post-contrast CT scan.     

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。     

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.     

基于邻域互信息的三支特征选择

特征选择是机器学习非常重要的预处理步骤,而邻域互信息是一种能直接处理连续型或离散型特征的有效方法。然而基于邻域互信息的特征选择方法一般采用启发式贪婪策略,其特征子集质量难以得到有效保证。基于三支决策的思想,提出了三支邻域互信息特征选择方法（NMI-TWD）。通过扩展三个潜在的候选特征子集,并保持各子集之间的差异性,以获得更高质量的特征子集。对三个差异性的特征子集进行集成学习,构建三支协同决策模型,以进一步提高分类学习性能。UCI实验数据表明,新方法的特征选择结果和分类性能较其他方法更优,说明了其有效性。