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刘长旺与他的“双重视角”算法:破解乳腺影像诊断难题
2025年08月06日 14:57   来源:中新网上海  

  中新网上海新闻8月6日电(缪璐 苏浩云)在乳腺疾病筛查的临床实践中,一张模糊的X光片往往让医生倍感棘手——那些早期乳腺癌的信号,常常隐藏在复杂的灰度纹理中,如同大海捞针。刘长旺,以计算机专家的跨界视野,在《A Hybrid Similarity Measure for Mammography CAD using CBIR Approach》中提出了一套突破性的混合相似性度量算法。这项研究的核心,就是用代码为计算机装上“双重视角”,让机器能更精准地解读乳腺影像中的生命信号,而这一切创新,都源于他对传统诊断技术瓶颈的深刻洞察。

  算法融合:打破单一方法的局限

  刘长旺在研究中敏锐地发现,传统计算机辅助诊断系统始终受困于“单一视角”的局限:有的系统靠识别图像的边缘、明暗等细节特征判断,但一旦肿块边界模糊,就像雾中看物,误差不断累积;另一种系统靠比对像素分布的相似度,却容易被肿块的大小、朝向干扰,如同用固定模具去套多变的形状。这两种方法的诊断准确性(以Az值衡量)分别停留在0.8326和0.7904,始终无法突破性能天花板。

  作为深耕计算机领域的专家,刘长旺想到了“协同作战”的解决方案:让两种方法取长补短。他设计的混合算法分两步精准推进:第一步,用能捕捉15个边缘特征、19个灰度特征和15个纹理特征的多特征算法,从852例标准化处理的影像样本(含426例确诊肿块和426例正常区域)中快速锁定可疑区域,这就像在图书馆里先按分类找到目标书架;第二步,用互信息算法对这些候选区域做像素级的精细比对,重新排序后给出最终判断,如同在书架上逐本细查。这种“先粗筛后精检”的架构,既保留了细节识别的敏锐度,又弥补了单一方法的局限。

  实验结果印证了这种创新的价值:混合算法的Az值达到0.8497,不仅超过两种单一方法,更对≤5mm的微小肿块展现出突出的识别能力。这意味着,那些在传统方法中可能被忽略的早期病灶,通过这套算法能获得更高的检出概率——而这正是乳腺癌诊疗中最关键的“时间窗口”。

  从代码到工具:让算法贴近临床需求

  刘长旺的研究从不止步于实验室数据,更注重将算法转化为医生能用、敢用的实用工具。他带领团队搭建的系统,首先解决了传统“黑箱”诊断的信任难题:在给出判断结果的同时,会同步展示最相似的历史病例,就像医生看病时参考过往经验,让诊断依据一目了然。

  为了让系统在基层医院也能高效运行,刘长旺还做了一系列“量身优化”:用遗传算法将需要处理的49个特征精简压缩,在保证准确性的同时大幅提升速度,就像给代码“瘦身”,让普通电脑也能快速运行。这些设计让系统不仅在实验室表现出色,更具备了临床应用的“落地基因”——能帮助医生更高效地分析乳腺X光片,尤其让那些早期微小肿块的检出率显著提升。

  研究与项目的双向赋能

  值得关注的是,在这项研究开展的同期,刘长旺主持了河南省科技攻关项目“基于多视图内容检索的乳腺肿块辅助诊断系统研究与应用”。作为学界与产业界的双重实践者,他将论文中的混合算法作为项目核心技术,把852例标准化影像样本数据库转化为临床验证的“实战题库”。项目中发现的“38%低对比度肿块在单一视图中难以识别”等实际问题,又反过来推动了论文算法在多视图融合上的优化,形成了学术研究与应用实践的完美闭环。

  这种横跨理论与实践的创新,既体现了他作为高校教师对技术突破的追求,也展现了企业负责人将成果落地的工程思维。当刘长旺在论文致谢中提及国家自然科学基金(61401242)的支持时,他或许已经预见:这段始于实验室的代码,正在改写乳腺癌诊断的技术标准。从852例样本的数据库到3.2万例临床应用,从0.8326到0.8497的Az值提升,这位计算机专家用一行行代码证明:医学的难题,往往能在计算机科学的解法中找到答案,而代码的终极意义,正是让每一个隐藏在灰度矩阵中的生命信号,都不被遗漏。

  刘长旺的这项研究,本质上是用计算机科学的逻辑破解医学难题。他像搭积木一样融合不同算法的优势,既发挥了自己在代码优化上的技术功底,又始终以临床需求为导向。这种跨界融合的思路,不仅让乳腺影像诊断技术迈上新台阶,更证明了:真正有价值的创新,往往诞生在学科交叉的接口处,而代码的终极意义,就是为生命健康保驾护航。(完)

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编辑:王丹沁  

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