DRPSO:A multi-strategy fusion particle swarm optimization algorithm with a replacement mechanisms for colon cancer pathology image segmentation

粒子群优化 计算机科学 人工智能 分割 图像(数学) 结直肠癌 模式识别(心理学) 融合 图像分割 癌症 计算机视觉 算法 医学 内科学 语言学 哲学
作者
Gang Hu,Yixuan Zheng,Essam H. Houssein,Guo Wei
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier]
卷期号:178: 108780-108780 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2024.108780
摘要

Colon adenocarcinoma (COAD) is a type of colon cancers with a high mortality rate. Its early symptoms are not obvious, and its late stage is accompanied by various complications that seriously endanger patients' lives. To assist in the early diagnosis of COAD and improve the detection efficiency of COAD, this paper proposes a multi-level threshold image segmentation (MIS) method based on an enhanced particle swarm algorithm for segmenting COAD images. Firstly, this paper proposes a multi-strategy fusion particle swarm optimization algorithm (DRPSO) with a replacement mechanism. The non-linear inertia weight and sine-cosine learning factors in DRPSO help balance the exploration and exploitation phases of the algorithm. The population reorganization strategy incorporating MGO enhances population diversity and effectively prevents the algorithm from stagnating prematurely. The mutation-based final replacement mechanism enhances the algorithm's ability to escape local optima and helps the algorithm to obtain highly accurate solutions. In addition, comparison experiments on the CEC2020 and CEC2022 test sets show that DRPSO outperforms other state-of-the-art algorithms in terms of convergence accuracy and speed. Secondly, by combining the non-local mean 2D histogram and 2D Renyi entropy, this paper proposes a DRPSO algorithm based MIS method, which is successfully applied to the segments the COAD pathology image problem. The results of segmentation experiments show that the above method obtains relatively higher quality segmented images with superior performance metrics: PSNR = 23.556, SSIM = 0.825, and FSIM = 0.922. In conclusion, the MIS method based on the DRPSO algorithm shows great potential in assisting COAD diagnosis and in pathology image segmentation.
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