肺结节图像的计算机自动检测研究进展

肺结节的早期筛查对肺癌的预防和治疗具有重要的意义。采用计算机断层扫描(CT)可以提高肺癌早期筛查中肺结节的检出率，是目前最为安全有效的肺癌筛查方式之一。随着CT数据日益增长，使用计算机辅助诊断(CAD)系统可以极大减少放射科医生的工作量以及降低漏检率。结合近年来肺结节检测的相关文献，对该领域的研究进展进行了综述。首先介绍了目前广泛应用的胸部CT数据集以及肺结节检测相关的评价指标。然后介绍并分析了肺结节检测框架中一些有效的方法，包括肺实质分割、候选结节检测以及假阳性剔除。最后，讨论了该领域存在的挑战以及未来发展的方向，为今后该领域的研究人员提供参考。

肺癌是目前发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，2018 年肺癌分别占全球癌症发病总数和死亡总数的11.6%和18.4% [1]。相较于其他恶性肿瘤患者，肺癌早期患者多无明显的不适症状，一经发现大多已处于肺癌中晚期。肺癌早期患者的临床表现一般为肺部存在恶性结节，尽早发现肺结节能够有效控制肺部癌变。肺结节的临床表现为单发或多发、圆形或不规则、边界清晰或不清晰的肺部病灶，直径一般在3毫米到30 毫米。根据结节密度可以将其分为三类：实性结节(Solid Nodule)、部分实性结节(Part-Solid Nodule)和磨玻璃密度结节(Ground Glass Nodule)。

不同密度的肺结节，其恶性概率不同， 其中部分实性结节的恶性概率最高[2]。

目前低剂量的计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)被认为是最为有效且安全的肺结节筛查方式之一，与胸片检查相比，CT 检查可以将肺癌死亡率降低20%以上[3]。通常一次CT 扫描会产生数百张切片图像，放射科医生需要观察每张切片上的肺部组织来筛查肺结节。由于肺结节大小形态各异且CT切片数量较大，通过人工筛查肺结节是件相当耗时且困难的任务。随着计算机技术的发展，采用计算机辅助诊断(Computer Aided Diagnosis, CAD)可以高效地实现肺结节检测。一般来说，肺结节检测框架主要包括三个阶段：肺实质分割、候选结节检测以及假阳性剔除。肺实质分割的目的是将肺结节的检测范围限制在肺部区域，以免检测到肺部外的假阳性。候选结节检测的是尽可能多地将肺结节检出，降低漏检的可能。假阳性剔除的目的是剔除候选结节中的假阳性结果，减少误检的情况。与一般的目标检测任务相比，由于多数肺结节尺寸较小、形态各异，且结节周边的肺内环境复杂，肺结节检测的难度更大。

本文结合近年来肺结节检测相关的文献方法，从数据集及评价指标、肺实质分割、候选结节检测和假阳性剔除四个方面，介绍了肺结节检测的研究进展，并对各检测方法的效果进行了比较分析。最后对该领域目前存在的难点以及未来的发展进行一定的讨论和总结。