基于深度学习的胸腔病灶分类关键技术

来源 :北京建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hou_sen
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
面对医学影像数据的爆发式增长,而放射科医生严重不足问题,寻求快速且准确的智能诊断方式是国内外研究人员不懈努力的方向。随着近年来计算机视觉技术在图像分类、目标检测和图像分割等领域取得的显著进展,促进了疾病分类、病灶部位的检测与分割以及图像标注等医学图像处理领域的发展。这使得计算机胸片辅助诊断(Computer Aided Diagnosis,CAD)系统成为了临床影像学研究的热点之一,并逐步走向了医疗临床应用。胸腔疾病是世界上最常见的疾病之一,其中肺癌更是世界范围内死亡率排名第三的疾病。此外,气胸、积液、浸润等异常也是某些较为严重病灶的早期征兆,尽早对这些异常或病灶进行检测、及时治疗,能预防其他较为严重的胸部疾病并有效降低死亡率。因此将计算机视觉与医学临床应用结合,开展胸腔病灶辅助诊断系统的研究具有很重要的实践意义。胸透片是目前诊断胸部疾病最佳方法,与CT检查和超声检查相比,胸透片成本更低、辐射量更低,且操作更加快捷方便,所以通常用于初步的胸部疾病检查阶段,应用最为广泛,可以检查肺癌、肺结核、肺炎等病理。虽然现代医院获取并储备了大批的X线影像与诊断报告,但基于这些影像大数据分析所建立的高精度计算机辅助检查诊断系统还面临着如下挑战:一是X线图像中部分胸腔疾病的特征往往是模糊不清的,出现了容易受到较厚软组织干扰而造成不透明度增强的现象,这会将一些比较严重的疾病和其它良性异常混淆,造成误诊;二是即使同一种疾病在不同患者X光片上的特征表现也有较大差异,这会加大网络的学习难度;其次,用于模型训练的细粒度像素级注释不足,全局的X线图像冗余特征较多,部分非病灶区域对于专业放射科医生的诊断并没有帮助;此外,现存的机器学习算法难以获得病灶区域的定位,导致临床实用价值不高。针对上述挑战,本文提出了将图像配准技术、图像分割技术与图像分类技术相结合的AC-DSENet模型,用其对胸腔14种病灶进行分类。为解决X线图像病灶特征模糊,易与良性异常混淆的问题,提出密集挤压激励网络,通过将挤压激励模块与密集连接块结合,让分类网络能够高度地关注X线图像特征图不同通道的重要程度,从而在网络中增强有用信息的表达并抑制无用信息的传递,以此来增强网络对胸部疾病的分类性能。为解决不同患者胸腔病灶的胸片表现差异大,对于特征复杂疾病分类不准确的问题,提出用焦点损失函数代替传统多标签分类任务所采用的二元交叉熵损失函数计算每种病灶类别的损失,通过引入超参数将难识别的病灶乘以一个较大的权重,易识别的病灶乘以一个较小的权重,让网络更加关注对复杂病灶种类的学习。为解决全局的X线图像冗余特征较多的问题,提出在图像预处理阶段将图像配准算法应用于多图谱分割,实现分类数据集的自动分割,只保留胸腔X光片的心脏与两肺叶的病灶区域,使用分割后的图像进行分类网络训练从而抑制对冗余特征的学习,提高了分类网络的训练速度与效率。除此之外,将疾病的分类结果以直观的热力图形式输出,高亮病灶区域为提示专业医师对该区域进行重点观察,达到辅助诊断的作用,增加了AC-DSENet模型的临床实用价值。在ChestX-ray14数据集上进行实验验证,结果表明,在14种胸腔病灶的分类任务中,AC-DSENet的分类精度显著高于现存的3种经典分类算法,平均AUC值达到了0.858。并通过添加分割约束,有效的减少了数据训练过程中学习到的冗余特征,将分类网络的训练时长缩短了39.8%。与此同时,本文还将模型诊断的病灶区域进行定位,实现可视化展示,满足了辅助医生诊断的实际需求。
其他文献
我国基础设施建设的发展日新月异,尤其是高速公路项目建设发展迅猛,与此同时,也应看到高速公路项目建设发展的质量有待提高。我国建筑行业属于劳动密集型产业,存在组织控制疏漏、生产效率、效益低等诸多问题,导致高速公路项目利润率普遍偏低。机遇和挑战是并存的,为此,我国高速公路项目建设者急需摆脱传统的成本核算思想和方法,提高企业的发展质量,增强企业核心竞争力。本文基于价值链的GH高速公路项目成本控制研究,意在
学位
邻苯二甲酸酯(Phthalic Acid Esters,PAEs)是目前市场中使用最广泛的一类增塑剂,由于其能够增加产品的柔韧性和延展性,因此被广泛用于各种消费品当中。PAEs具有一定的生理毒性,可以通过吸入、口入和皮肤接触等多个途径进入人体,危害人体健康。皮肤作为重要的暴露途径,相比吸入和口入暴露不需要中间步骤,可以经过皮肤直接进入人体血液中,因此受到越来越多的关注。衣物与皮肤接触最为密切,对皮
学位
有沿程入流的渗流问题[1]广泛存在于雨水渗排工程领域。例如,路边植草沟的纵向渗排就需要考虑沿程有入流的情况;各类渗渠以及透水路面等都可以抽象为有沿程入流的渗流问题。大孔颗粒[2]具有孔隙率大、渗透性强的特点,例如透水道路其面层颗粒度较大,因此其横向渗流不再满足Darcy定律[1]。同时,大孔颗粒渗流研究是一项基础研究,涉及采矿工程、石油工程、地下水工程等多个领域,对促进安全生产具有重要的理论和实践
学位
监控视频因其能够直接、准确地反应真实场景的动态信息而受到众多学者青睐。近年来,随着三维建模、图像传输、深度学习等技术的不断发展,人们对于监控视频的观看方式和观看效率也提出了更高的要求。监控视频数据“具有”浏览耗时长,回看查证过往记录效率低;视频影像之间相互独立、无组织性,无法与监控区域周围的地理空间信息相对应的问题,已然成为学者们研究的热点。本文旨在从时间和空间两个维度实现视频监控系统的高效查看与
学位
目前,自然语言处理仍然是一个突出的研究方向,情感分析则是其中基础的研究课题。情感分类是情感分析的一个重要分支,它可以根据文本所传达的意义,将文本划分为积极情感、消极情感等多种情感倾向。本文以酒店中文评论为研究对象,通过构建情感分类模型,解决爬取数据分布不平衡的问题,解决中文文本情感分类不准确的问题。最后采用可视化方法展现酒店数据的特征,为酒店升级改造提供针对性建议。本文的主要研究内容如下:首先,针
学位
近年来,状态反馈脉冲微分方程理论逐步完善,被广泛地应用于保护生物种群、预防传染病、控制计算机病毒等领域,解决了一些实际问题.本文考虑池塘养殖中浮游植物控制和市场经济中商品价格波动问题,提出了两类状态反馈脉冲模型,通过对模型动力学性质的分析,得到池塘养殖中浮游植物和养殖鱼类实现生态平衡和维持商品价格稳定的条件.本文第一章阐述了关于池塘养殖中因浮游植物过多造成的水华现象及市场商品供求失衡出现的价格波动
学位
本研究针对饮用水水质,开展了Cl-和SO42-协同作用对铜腐蚀与铜溶出影响研究;在此基础上,探究硬度对Cl-和SO42-作用的影响;基于Cl-、SO42-与硬度的试验结果,探究调节碱度的方式对铜腐蚀与溶出的影响。通过电化学测试方式得到铜表面的腐蚀行为;测定水中铜含量得到铜溶出的变化规律;以形貌观察、腐蚀界面特征以及腐蚀产物成分分析结果得到铜腐蚀产物转化与产物的特征变化,进而得到铜腐蚀与铜溶出的关系
学位
纤维增强水泥基材料(Fiber Reinforced Cementitious Matrix,简称FRCM)是将短切纤维掺入水泥基材料,以求提升整体性能的一种新型复合材料。短切纤维作为高抗拉材料,是分担纤维增强水泥基应力的主要部分,传统的FRCM制备方法是将纤维与胶凝材料直接拌合灌入模具进行浇筑,短切纤维在基材中呈现出随机分布的纤维取向,纤维的方向与应力方向之间存在夹角,导致纤维对FRCM力学性能
学位
燃气锅炉是氮氧化物主要排放源之一,很多锅炉都达不到现有的排放标准。因此,研究具有超低氮氧化物排放特性的燃气锅炉意义重大。在低氮燃烧技术中:空气加湿燃烧技术与空气分级燃烧技术在单一使用时,减排效果有限。而且过高的空气含湿量或者过高空气分级比例都会对燃气锅炉燃烧稳定性与燃烧效率产生较大影响。本文针对这一问题提出空气加湿与分级复合燃烧方式,通过数值模拟方法分别对空气加湿、空气分级、空气加湿与分级复合进行
学位
梁贯通型节点作为模块化钢结构体系中的一种节点连接形式,具有装配程度高、施工速度快等优点,可以广泛应用于低层到中层住宅和商业建筑。这种节点构造可以方便地错位布置上下柱,增加了平面设计的灵活性。为进一步对梁贯通型节点的应用提供理论依据,本文对其进行试验与有限元分析,并计算其初始转动刚度。本文的主要研究内容和结论如下:(1)对标准型、带补强板、带狗骨削弱的三个十字节点和一个柱错位布置节点等四个H型钢梁贯
学位