半監(jiān)督聚類算法在肺結(jié)節(jié)分類中的應(yīng)用.pdf

1、根據(jù)世界衛(wèi)生組織2016年最新數(shù)據(jù)顯示，肺癌在全球的發(fā)病率和死亡率均為最高。肺癌在早期的表現(xiàn)幾乎沒有任何癥狀，并且患者發(fā)現(xiàn)時(shí)大部分已經(jīng)是晚期。那么及早的發(fā)現(xiàn)肺癌提高生存率就顯得十分重要。肺癌在早期一般是以結(jié)節(jié)的形式存在的。那么及早的發(fā)現(xiàn)肺癌就變成及早的發(fā)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)。對(duì)于醫(yī)生而言，由于主觀性及其他因素的影響，從大量的CT圖像中甄選出肺結(jié)節(jié)就極易造成誤診和漏診。所以，借助于計(jì)算機(jī)輔助診斷（computer-aided diagnosis，CA

2、D）就顯得特別的重要。半監(jiān)督學(xué)習(xí)是近年來(lái)許多學(xué)者研究的熱點(diǎn)，半監(jiān)督FCM算法作為半監(jiān)督聚類算法中比較經(jīng)典的算法之一，憑借著算法中比較低的復(fù)雜度，以及在實(shí)際問(wèn)題中獲得比較好的應(yīng)用效果，而受到廣大學(xué)者的青睞。
　　肺結(jié)節(jié)的良惡性分類對(duì)于肺癌的早期發(fā)現(xiàn)以及診斷具有十分重要的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)記樣本的圖像數(shù)量較少，且獲取標(biāo)記樣本將耗費(fèi)大量的人力，在這種情況下，使用半監(jiān)督學(xué)習(xí)算法是有效提高分類性能的一個(gè)思路。作為一種經(jīng)典的半監(jiān)督學(xué)習(xí)

3、算法，傳統(tǒng)的半監(jiān)督FCM在未標(biāo)記樣本與標(biāo)記樣本分布不平衡情況下不能充分利用標(biāo)記信息。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了兩種改進(jìn)的半監(jiān)督FCM算法，主要工作如下：
　　1.基于先驗(yàn)分布的半監(jiān)督FCM的肺結(jié)節(jié)分類，主要是為了解決標(biāo)記樣本數(shù)量遠(yuǎn)少于非標(biāo)記樣本數(shù)量，而導(dǎo)致的傳統(tǒng)的半監(jiān)督FCM退化為經(jīng)典的FCM，因此而導(dǎo)致的肺結(jié)節(jié)分類正確率較低的現(xiàn)象?；谶@一現(xiàn)象，文章提出了一種基于先驗(yàn)分布的半監(jiān)督FCM算法。該算法的基本思想是首先計(jì)算樣本的先驗(yàn)分布

4、概率，基于獲得的先驗(yàn)概率情況下，給標(biāo)記樣本和未標(biāo)記樣本賦予不同的權(quán)重，并將其融入到半監(jiān)督FCM的聚類過(guò)程中，從而強(qiáng)化少量的標(biāo)記樣本在聚類過(guò)程中的指導(dǎo)作用。文章中提出的算法通過(guò)在美國(guó)LIDC數(shù)據(jù)庫(kù)上的實(shí)驗(yàn)證明，與經(jīng)典的FCM算法、部分監(jiān)督的FCM算法以及傳統(tǒng)的半監(jiān)督FCM算法相比較，提出的算法能夠取得更好的肺結(jié)節(jié)分類性能。
　　2.基于粒子群的改進(jìn)的半監(jiān)督FCM的肺結(jié)節(jié)分類。針對(duì)基于先驗(yàn)分布的半監(jiān)督FCM算法在不平衡數(shù)據(jù)集時(shí)分類準(zhǔn)確