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所刊杂志:
Quantitative Imaging in Medicine and Surgery(点击查看杂志详情与影响因子)
文章标题:
一种基于两阶段多模态学习的PET/CT肺结节全自动分类方法(Fully-automated classification of pulmonary nodules in PET/CT imaging using a two-stage multi-modal learning approach)
内容亮点
肺癌是一种恶性肿瘤,肺结节被视为肺癌的重要指标,对肺结节的早期识别和及时治疗可以提高肺癌患者的生存率。PET/CT是一种非侵入式的融合成像技术,它可以呈现肺部区域的功能和结构信息。然而,如何挖掘PET和CT之间的多模态互补信息进而提高肺结节的诊断性能,仍是一个值得探索的问题。基于此,我们提出了一种基于两阶段多模态学习的PET/CT肺结节全自动分类方法。具体而言,第一阶段基于预训练的U-Net和PET/CT配准实现了PET/CT肺实质分割;第二阶段构建一种3D Inception-ResNet-CBAM架构和密集投票融合机制(dense-voting fusion)实现了PET/CT的多模态特征提取、融合和识别。特别地,我们尝试了不同的融合策略,包括图像级融合、特征级融合和决策级融合,探索了不同融合策略对PET/CT信息互补性的影响。此外,我们通过一系列的对比实验和消融实验,证明了所提模型的有效性,其准确率、精确率、召回率、特异度、F-1分数和AUC值分别达到89.98%、89.21%、84.75%、93.38%、86.83%和0.9227。最后,我们分析了致使模型误判的主要原因和潜在的原因,发现肺结节的非孤立性和不规则性限制了模型性能的提升,这也为未来研究提供了方向。
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第一作者:李同同
李同同,中共党员,博士生,入选中国科协青年人才托举工程博士生专项计划,目前就读于兰州大学信息科学与工程学院计算机应用技术专业。主要研究方向包括:计算机视觉,医学图像计算。目前以第一作者/通讯作者在IEEE T NEUR SYS REH,ISCIENCE, QUANT IMAG MED SURG,PHYS MED BIOL,MED PHY,J AMB INTEL HUM COMP等国际一流学术期刊发表文章6篇,参与发表文章19篇,授权国际/国家发明专利2项,授权计算机软件著作权2项;主持甘肃省基础研究计划优秀博士生项目、甘肃省研究生创新之星项目、兰州大学自然科学类中央高校项目等4项;曾获宝钢奖学金、甘肃省三好学生、甘肃省优秀毕业生等荣誉10余项。
通讯作者:胡斌
胡斌,国家特聘专家,973首席科学家,2020年全国先进工作者,国务院特殊津贴专家,甘肃省政协委员,甘肃省可穿戴装备重点实验室主任,甘肃省领军人才,兰州大学教授;IEEE Transactions on Computational Social Systems主编,IEEE Fellow,IET Fellow,AAIA Fellow,Chair of TC Computational Psychophysiology,IEEE SMC;教育部计算机学科教指委委员、科技委委员。长期从事情感计算、心理生理计算研究工作,在Science(Oct.2,2015)上提出了Computational Psychophysiology这一新的研究方向,美国科学院、医学院两院院士 Michael I.Posner 教授的评价为“心理生理计算将引领新的研究热潮”。申请人及其团队在国内外学术期刊及国际学术会议上发表相关论文 300 余篇。获2014年度中国侨界创新人才奖,2016年度教育部技术发明一等奖,2018年度国家技术发明奖二等奖,2019年度中国专利金奖(均为第一完成人)。主持国家变革性技术“基于心理生理多模态信息的精神障碍早期识别与干预技术 ”等重大项目。这些工作极大地推动了精神障碍客观、量化诊断与非药物干预的发展。
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