12、肺部计算机辅助诊断（CAD）系统详解

肺部计算机辅助诊断（CAD）系统详解

1. 概述

肺部是医学图像计算和计算机辅助手术的主要目标器官。它的主要功能是实现空气与血液之间的气体交换，拥有众多解剖结构，如肺叶、血管和气道等。识别这些解剖结构对于创建肺部计算机辅助诊断（CAD）系统至关重要。

肺癌是美国癌症相关死亡的主要原因，在日本，肺癌也是最常见的癌症和癌症相关死亡的首要原因。从胸部X光或胸部计算机断层扫描（CT）图像中检测肺癌是肺部CAD的主要焦点。肺部CAD也是CAD发展历史中的先驱研究领域之一，其应用包括肺癌检测和定性肺癌诊断。

2. 肺部CAD的起源

肺部CAD研究始于20世纪60年代，早期工作主要是从胸部X光胶片中检测肺癌。胸部X光胶片通过胶片扫描仪数字化，传输到大型计算机后进行分析。Toriwaki等人开展了早期从胸部X光图像中检测肺癌的研究，在日本，每年进行胸部X光筛查以预防肺结核，同时也可检测肺癌，他们利用差分滤波技术增强肺癌区域，并提取包括肋骨笼在内的解剖结构。

胸部X光图像在临床领域常用，因其便捷，且胸部X光系统比X光CT成像系统简单，成像成本低。自20世纪60年代末或70年代初以来，人们一直在研究胸部X光射线照相的CAD系统，并开发了自动肺结节检测技术。但由于图像上解剖结构的重叠，胸部X光射线照相的计算机分析较为困难，近年来深层神经网络的进展开始解决这些问题。不过，本文主要关注胸部CT图像的CAD。

20世纪90年代初，胸部CT变得非常普遍，被认为是胸部X光的替代品。日本在90年代初进行了CT筛查试验，美国从2002年开始进行肺部CT筛查试验，主要结果于2011年公布。由于放射科医生需要在短时间内阅读大量胸部CT图像，因此需要计算机辅