一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法及系统，本方案通过大量人工标注的样本来训练形成深度神经网络，该深度神经网通过自主学习肺部结节影像特征，并以此来识别胸部DR图像中肺结节影像特征。由此构成的胸部DR中肺结节识别方案能够实现对胸部DR图像中的肺部结节影响特征进行自动化识别，识别效率高，识别精度高，有效避免漏检未识别的现象，有效解决现有技术所存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法及系统
本专利技术涉及图像识别技术，具体涉及胸部DR识别技术。
技术介绍
由于吸烟和空气污染的影响，肺癌是目前世界上发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，也是近年来中国肿瘤患者的“头号杀手”。由于大多数肺癌患者就诊时已属中晚期，治疗效果不理想，远期生存率很低，早期肺癌往往表现为肺部小结节，因此需要对肺部小结节做到及时发现并进行鉴别诊断。现有的从胸部X光拍片中产生肺部结节图像的方法一般包括如下步骤：产生清晰肺部区域的图；从清晰肺部区域中去除低频变量，从而产生等级图像；以及对等级图像进行至少一次灰度形态操作，从而产生结节-骨头图像。肺部结节可以通过使用结节-骨头图像，以如下的进一步步骤来检测：来自胸部X光拍片的肺部结节。该方法包括如下步骤：识别在结节-骨头图像中的潜在结节位置；对在结节-骨头图像中的各个潜在结节位置周围区域进行分离；以及使用分离区域的特征来确定潜在结节是否是结节。现有的肺部结节图像技术中，一般都是基于特征工程的CAD技术。现有的CAD系统一般基于高分辨率薄片计算层析成象(HRCT)的图像，自动地在形态学上检测(识别)所关心部位或可能是临床相关的其他结构上可检测的状态。当再现并显示医学图像时，CAD系统典型地标记或识别所研究的部位。标记是为了引起对所标记的可疑部位的注意，并且更进一步提供对损伤(所关心部位)的分类或表征。也就是说，CAD(和/或CADx)系统可以识别出胸部研究中的微钙化(microcalcifications)或者MSCT中的结核为恶性的还是良性的。CAD系统结合了放射科医师的专业知识，并且基本上提供了与在医学图像数据中检测异常有关的第二种意见，并且可以再现诊断建议。通过支持对怀疑为癌症的损伤的早期检测和分类，CAD系统允许较早地介入，理论上会为病人产生较好的预后。然而现有HRCT成本高，普及率低，实用性不强；同时这样的现有的方法往往假阳性率很高，且被接受程度底，因而并没有在实际的临床工作中大规模使用。由此造成现有胸片结节的识别，基本都是依靠纯人工阅片，这不仅成本高、效率低、耗时长；而且在人工识别阅片时，极大的依赖于医生的个人经验，存在漏诊的现象。
技术实现思路
针对现有胸部DR中肺结节技术所存在的问题，需要一种高效且高精度的肺结节识别方案。为此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法及系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法，通过大量人工标注的样本来训练一个深度神经网络，所述深度神经网通过自主学习肺部结节影像特征，并以此来识别胸部DR图像中肺结节影像特征。进一步的，所述样本包括包含肺结节病人胸片的正样本和其他人胸片样本，在标注时首先从历史样本数据中筛选出候选样本，再对候选样本进行审核。进一步的，采用随机梯度下降模型训练形成深度神经网络，并利用GPU加速训练。进一步的，所述深度神经网络包括5个交替出现的卷积层，ReLU层和池化层，以及2个全连接层。进一步的，所述深度神经网络通过误差反向传播模型进行自主学习肺结节的影像特征。进一步的，所述深度神经网络采用多线程服务来识别胸部DR图像中肺结节影像特征。了解决上述技术问题，本专利技术提供的基于深度学习的胸部DR中肺结节识别系统，包括：样本库，所述样本库中存储大量人工标注的样本；神经网络训练模块，所述神经网络训练模块从样本库中获取经过标注的样本，并进行训练形成深度神经网络，自主学习肺部结节影像特征；识别模块，所述识别模块调用深度神经网络对胸部DR图像进行肺部结节影像特征识别。进一步的，所述识别系统中还包括胸部DR获取模块，所述胸部DR获取模块与识别模块数据连接，将待识别的胸部DR图像传至识别模块。进一步的，所述识别系统中还包括一输出模块，所述输出模块与识别模块数据连接，输出识别模块的识别结果。由此构成的胸部DR中肺结节识别方案能够实现对胸部DR图像中的肺部结节影响特征进行自动化识别，识别效率高，识别精度高，有效避免漏检未识别的现象，有效解决现有技术所存在的问题。在此基础上，本方案通过训练形成深度神经网络，通过深度学习肺部结节影响特征，能够精确识别出胸部DR图像中肺部结节的影像特征，大大提高识别精度。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为本专利技术实例中神经网络结构示意图；图2为本专利技术实例中基于深度学习的胸部DR中肺结节识别系统组成示意图；图3为本专利技术实例中进行胸部DR图像识别的示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。针对胸部DR中肺部结节的识别，本实例方案进行自动识别，提高效率且有效避免漏检未识别的现象；在此基础上采用深度学习方法，自主学习肺部结节影像特征，以此实现精确识别，有效提高识别精度。具体，本方案通过大量人工标注的样本来训练一个深度神经网络，使其能自主学习到肺部结节的影像特征，由此来识别胸部DR图像中肺部结节。这里使用的大量样本包含肺结节病人胸片的正样本和其他人胸片的样本，每个样本都标注了图像的类别。本方案中在进行样本标注时，使用人机结合的方式，即首先从历史样本数据中筛选出候选肺部结节样本，再由医生对候选样本进行审核，以确认是否为肺部结节，从而大大提高标注的效率。如此标注的样本采用随机梯度下降模型(SGD)来训练形成一个深度神经网络，同时在训练过程中还利用GPU加速训练过程。参见图1，其所示为本实例中深度神经网络的结构示意图。由图可知，本实例中深度神经网络组成超过7层，包括5个交替出现的卷积层，ReLU层和池化层，以及2个全连接层。其中，卷积层是对图像(不同的数据窗口数据)和滤波矩阵(一组固定的权重：由于每个神经元的权重固定，从而可以作为一个恒定的滤波器filter)做内积(逐个元素相乘再求和)的操作，不同的滤波器filter会得到不同的输出数据，比如边缘和轮廓。ReLU层用于对卷积层的处理结果进行取绝对值的操作，使其具有网络非线性的特征。池化层，用于对ReLU层的处理结果取区域平均或最大。由此构成的分层结构的深度神经网络，其每一层通过训练都能形成对相应图像特征的识别功能，且越靠后的层越能形成更为抽象和全局的特征识别功能。即较浅的层能够学习简单和局部的图像特征(如各种方向的边缘)，越深的层则能学到更为抽象和全局的特征。本实例中的深度神经网络具体基于误差反向传播(BP)算法来自主学习肺结节的影像特征。该深度神经网络进行自主学习训练时，其计算误差输出时按从输入到输出的方向进行，而调整权值和阈值则从输出到输入的方向进行。正向传播时，输入信号通过隐含层作用于输出节点，经过非线性变换，产生输出信号，若实际输出与期望输出不相符，则转入误差的反向传播过程。误差反传是将输出误差通过隐含层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各层所有单元，以从各层获得的误差信号作为调整各单元权值的依据。通过调整输入节点与隐层节点的联接强度和隐层节点与输出节点的联接强度以及阈值，使误差沿梯度方向下降，经过反复学习训练，确定与最小误差相对应的网络参数(权值和阈值)，训练即告停止。此时经过训练的神经网络即能对类似样本的输入信息，自行处理输出误差最小的经过非线形转换的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，通过大量人工标注的样本来训练形成深度神经网络，所述深度神经网通过自主学习肺部结节影像特征，并以此来识别胸部DR图像中肺结节影像特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于深度学习的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，通过大量人工标注的样本来训练形成深度神经网络，所述深度神经网通过自主学习肺部结节影像特征，并以此来识别胸部DR图像中肺结节影像特征。2.根据权利要求1所述的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，所述样本包括包含肺结节病人胸片的正样本和其他人胸片样本，在标注时首先从历史样本数据中筛选出候选样本，再对候选样本进行审核。3.根据权利要求1所述的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，采用随机梯度下降模型训练形成深度神经网络，并利用GPU加速训练。4.根据权利要求1所述的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，所述深度神经网络包括5个交替出现的卷积层，ReLU层和池化层，以及2个全连接层。5.根据权利要求1所述的胸部DR中肺结节识别方法，其特征在于，所述深度神经网络通过误差反向传播模型进行自主学习肺结节的影像特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文辉，陶信东，
申请(专利权)人：江西中科九峰智慧医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36