基于双路径特征融合的轻量级脑肿瘤分割网络

李锵, 阮方号, 关欣

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (11) : 1177-1186.

基于双路径特征融合的轻量级脑肿瘤分割网络

  • 李锵, 阮方号, 关欣
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摘要

脑肿瘤是世界上最致命的癌症之一,从三维核磁共振图像(MRI)中快速、准确地分割正常脑组织和恶性肿瘤组织,对临床诊断和手术治疗都至关重要.近年来,基于卷积神经网络的分割架构,特别是3D U-Net架构在脑肿瘤分割方面取得了巨大成功.然而,现有的基于3D U-Net的网络存在下采样信息丢失的问题,缺乏自动聚焦小尺度病灶的能力,编码器和解码器之间的全局上下文信息交互不够充分,并且参数量大、计算开销高.针对上述问题,提出一种双路径特征融合的轻量级脑肿瘤分割网络.首先,该网络通过增加一条分支路径,将原始数据中的低级细节信息添加到编码器的各层中,弥补下采样带来的特征信息损失.其次,提出一种多层金字塔制导模块代替传统的跳跃连接,增强解码器不同层次的全局上下文信息获取能力.最后,在输出层引入多视图级联注意力模块,利用肿瘤不同区域的包含关系,使网络从各个视图自动聚焦小尺度肿瘤区域.在BraTS2020数据集上的实验结果表明,采用0.55×10~6参数量和41.21×10~9浮点运算次数,该网络在增强肿瘤、全肿瘤和肿瘤核心的Dice系数分别可达78.64%、89.51%和83.77%.此外,在BraTS2018数据集上进一步评估该网络的性能,实验结果表明:该网络在保持较小计算量的同时,显著提高了对脑肿瘤各病灶区域的定位能力和分割性能,在临床实践中具有重要意义.

关键词

核磁共振图像 / 脑肿瘤分割 / 轻量级 / 双路径 / 多视图级联 / 多层金字塔制导

中图分类号

TP391.41 / R739.41

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李锵, 阮方号, 关欣. 基于双路径特征融合的轻量级脑肿瘤分割网络. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(11): 1177-1186

基金

天津市自然科学基金资助项目(22JCZDJC00220); 超声医学与工程国家重点实验室基金资助项目(2022KFKT004)

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