3D multi-view convolutional neural networks for lung nodule classification

卷积神经网络 计算机科学 人工智能 背景(考古学) 模式识别(心理学) 二元分类 上下文图像分类 深度学习 有向无环图 图形 图像(数学) 支持向量机 算法 理论计算机科学 古生物学 生物
作者
Guixia Kang,Kui Liu,Beibei Hou,Ningbo Zhang
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:12 (11): e0188290-e0188290 被引量:171
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0188290
摘要

The 3D convolutional neural network (CNN) is able to make full use of the spatial 3D context information of lung nodules, and the multi-view strategy has been shown to be useful for improving the performance of 2D CNN in classifying lung nodules. In this paper, we explore the classification of lung nodules using the 3D multi-view convolutional neural networks (MV-CNN) with both chain architecture and directed acyclic graph architecture, including 3D Inception and 3D Inception-ResNet. All networks employ the multi-view-one-network strategy. We conduct a binary classification (benign and malignant) and a ternary classification (benign, primary malignant and metastatic malignant) on Computed Tomography (CT) images from Lung Image Database Consortium and Image Database Resource Initiative database (LIDC-IDRI). All results are obtained via 10-fold cross validation. As regards the MV-CNN with chain architecture, results show that the performance of 3D MV-CNN surpasses that of 2D MV-CNN by a significant margin. Finally, a 3D Inception network achieved an error rate of 4.59% for the binary classification and 7.70% for the ternary classification, both of which represent superior results for the corresponding task. We compare the multi-view-one-network strategy with the one-view-one-network strategy. The results reveal that the multi-view-one-network strategy can achieve a lower error rate than the one-view-one-network strategy.

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