基于EM路由算法的医学图像分割UCaps网络

传统的医学图像分割网络存在分割精度低、图像信息易丢失、分割轮廓不清晰等问题。为提高医学图像分割准确率,提出一种结合胶囊网络与U-Net的多标签图像分割网络UCaps。以U-Net网络为架构,基于胶囊网络原理设计适用于胶囊网络的上采样算法,通过结合高斯混合模型作为聚类算法的EM路由算法聚合底层特征对高层特征的推导过程,使高层特征包含底层特征信息,同时底层特征间的位置、姿态等信息具有统一性。实验结果表明,相比U-Net、SegCaps、MaVec-Caps网络,UCaps网络的平均分割准确率为93.21%,其中左肺分割准确率达到98.24%,具有较高的图像分割准确率和较快的收敛速度。     

U-Net网络医学图像分割应用综述

病灶精确分割对患者病情评估和治疗方案制定有重要意义,由于医学图像中病灶与周围组织的对比度低,同一疾病病灶边缘和形状存在很大差异,从而增加了分割难度。U-Net是近些年深度学习研究中的热点,为医生提供了一致性的量化病灶方法,一定程度上提高了分割性能,广泛应用于医学图像语义分割领域。本文对U-Net网络进行全面综述。阐述U-Net网络的基本结构和工作原理;从编码器个数、多个U-Net级联、与U-Net结合的其他模型以及3D U-Net等方面对U-Net网络模型的改进进行总结;从卷积操作、下采样操作、上采样操作、跳跃连接、模型优化策略和数据增强等方面对U-Net网络结构改进进行总结;从残差思想、密集思想、注意力机制和多机制组合等方面对U-Net的改进机制进行总结;对U-Net网络未来的发展方向进行展望。本文对U-Net网络的原理、结构和模型进行详细总结,对U-Net网络的发展具有一定积极意义。     

基于改进ResU-Net的中分辨遥感影像滑坡检测方法

针对基于中分辨率遥感影像滑坡检测精度低的问题,提出了一种基于注意力机制的改进ResU-Net模型,并且基于多光谱遥感影像数据集得出了有益于滑坡检测的多特征模型输入组合。本研究所用的原始数据集共14个特征,首先剔除无效特征,并加入归一化植被指数和归一化水体指数,生成新数据集。然后将新数据集应用于改进的ResU-Net与U-Net, ResU-Net, Attention U-Net, BiSeNet, Semantic FPN,U-Net++的对比实验,结果表明改进的ResU-Net在测试集上可获得76.91%的F1分数,同时精确率和召回率分别为77.34%和76.49%,在该任务中优于其他对比模型,且比ResU-Net模型的F1分数高了0.43百分点,有效提高了中分辨率遥感影像的滑坡检测精度。最后,再向数据集中依次加入归一化湿度指数和坡向特征,对比不同特征组合数据集产生的检测效果,结果发现加入坡向特征可最大化提升滑坡检测精度,F1分数可达77.03%。     

U-Net通道变换网络在腺体图像分割中的应用

目的 腺体医学图像分割是将医学图像中的腺体区域与周围组织分离出来的过程,对分割精度有极高要求。传统模型在对腺体医学图像分割时,因腺体形态多样性和小目标众多的特点,容易出现分割不精细或误分割等问题,对此根据腺体医学图像的特点对U-Net型通道变换网络分割模型进行改进,实现对腺体图像更高精度分割。方法 首先在U-Net型通道变换网络的编码器前端加入ASPP_SE （spatial pyramid pooling_squeeze-and-excitation networks）模块与ConvBatchNorm模块的组合,在增强编码器提取小目标特征信息能力的同时,防止模型训练出现过拟合现象。其次在编码器与跳跃连接中嵌入简化后的密集连接,增强编码器相邻模块特征信息融合。最后在通道融合变换器（channel cross fusion with Transformer,CCT）中加入细化器,将自注意力图投射到更高维度,提高自注意机制能力,增强编码器全局模块特征信息融合。简化后的密集连接与CCT结合使用,模型可以达到更好效果。结果 改进算法在公开腺体数据集MoNuSeg （multi-organ nuclei segmentation challenge）和Glas （gland segmentation）上进行实验。以Dice系数和IoU （intersection over union）系数为主要指标,在MoNuSeg的结果为80.55%和67.32%,在Glas数据集的结果为92.23%和86.39%,比原U-Net型通道变换网络分别提升了0.88%、1.06%和1.53%、2.43%。结论 本文提出的改进算法在腺体医学分割上优于其他现有分割算法,能满足临床医学腺体图像分割要求。     

ConvUCaps：基于卷积胶囊网络的医学图像分割模型

在医学影像分割领域,U-Net网络是目前最成功和最受关注的方法之一,但是U-Net本质上是一种经过改造的全卷积神经网络模型,要获得更为全面和准确的局部-整体关系,不但需要增加网络层次从而加大计算量,而且效果也并不明显。胶囊网络提供了一种有效的建模图像的局部与整体关系的方法,可以用更少的参数取得好的性能。但原始的胶囊网络并没有充分考虑图像局部特征的粒度问题,将其应用在医学图像分割领域还需进一步改造。因此,提出一种将U-Net和胶囊网络相结合的医学图像分割模型ConvUCaps。该模型对U-Net的编码器部分进行改进,使用卷积模块学习不同尺度的局部特征,然后通过胶囊模块学习高层特征,并建模局部与整体之间的关系。实验结果表明,相比U-Net、UNet++、SegCaps、Matwo-CapsNet网络,ConvUCaps提高了分割精度和收敛速度,同时,与单纯基于胶囊网络的分割模型相比,显著减少了推理时间。     

基于改进的U-Net肺结节分割方法研究

由于肺部CT图像的特征信息复杂程度高,经典U型卷积网络对肺结节分割存在准确率较低和误分割等问题.针对这一问题,提出一种改进的U型卷积网络模型.该模型将U-Net网络和DenseNet网络融合,将解码器浅层特征连接至深层特征来增强特征的复用性.通过U-Net网络与卷积条件随机场(ConvCRF)的端到端结合训练来增强边缘特征,解决了边界模糊的问题.提出一种改进的focal loss损失函数,该函数提高了结节所占的权重,解决了正负样本不平衡的问题.在LUNA16数据集中作对比实验验证了模型的性能,分割精准度达到0.9374,敏感度为0.941,该结果证明了改进模型在肺结节分割中更优.     

基于改进U-Net的卫星图像分割算法

为解决传统模型与算法对遥感卫星图像小目标的分割精度低、泛化能力差等问题,提出一种基于改进U-Net的图像分割算法。将骨干网络改为ResNet18并加入优化后的空洞卷积池化金字塔与卷积注意力机制模块,充分提取小目标边缘特征。该算法在中国南部某地区的公开卫星图像数据集上的平均交并比与分割总精度分别达到了75.8%与95.6%,均超过U-Net、DeepLabV3+、SegNet、W-Net等主流语义分割网络。实验结果表明,该算法能有效改善网络的预测精度与小目标的分割结果。     

基于改进U-Net的下肢骨骼CT图像分割

针对骨骼CT图像对比度较低、特征不明显、现有算法对骨骼特征提取不充分的问题,本文提出了一种基于U-Net的改进网络来实现骨骼数据的精确分割.在网络编码阶段,使用密集连接的空洞卷积模块加强骨骼特征的提取;在网络解码阶段,使用结合注意力机制的融合模块充分利用空间信息与语义信息,改善骨骼信息丢失的问题.改进算法在人体下肢骨骼CT数据集中Dice系数达89.44%, IoU系数达80.55%.与U-Net模型相比, Dice系数提高了5.1%, IoU系数提高了7.63%.实验结果表明,提出的优化算法对下肢骨骼CT图像可以达到精确分割的效果,对骨科疾病的治疗与术前规划提供了参考.     

基于编解码结构的多特征融合眼底图像分割

为解决现有眼底图像分割方法对于细微血管存在低分割精度和低准确率的问题,提出一种基于编解码结构的U-Net改进网络模型。首先对数据进行预处理与扩充,提取绿色通道图像,并将其通过对比度限制直方图均衡化和伽马变换以增强对比度;其次训练集被输入到用于分割的神经网络中,在编码过程加入残差模块,用短跳跃连接将高、低特征信息融合,并利用空洞卷积增加感受野,解码模块加入注意力机制增加对细微血管分割精度;最后利用训练完成的分割模型进行预测得出视网膜血管分割结果。在DRIVE和CHASE-DB1眼底图像数据集上进行对比实验,模型算法的平均准确率、特异性和灵敏度分别达到96.77%和97.22%、98.74%和98.40%、80.93%和81.12%。实验结果表明该算法能够改善微细血管分割准确率及效率不高的问题,对视网膜血管可以进行更准确的分割。     

多尺度空洞U-Net网络的电影CMR图像分割

在电影心脏核磁共振(CMR)图像上准确分割左心室、右心室和心肌是心脏功能评估和诊断的重要步骤。然而,大多数带标注的CMR图像数据量较少,无法满足训练需求,同时CMR图像中心脏结构复杂,心室及心肌边界不清晰,导致分割效果欠佳。因此,该文提出了一种基于迁移学习和多尺度空洞U-Net网络的CMR图像分割方法,使用迁移学习,将预训练模型得到的网络参数迁移到目标模型上作为目标模型的初始化参数,提高网络的特征学习能力,解决CMR图像数据量不足的问题;在U-Net网络中引入多尺度空洞卷积模块,使用空洞卷积代替普通卷积在参数不变的情况下扩大了感受野,并且采用多尺度特征融合提取更加精细的特征,解决CMR图像边界曲线欠分割的问题。实验结果表明,该方法能有效实现心脏中左心室、右心室和心肌的准确分割,平均Dice系数和Hausdorff距离平均值分别为0.902和4.219 mm,对比其他网络分割模型明显提高了分割精度。     

基于改进U-Net网络的多尺度番茄病害分割算法

针对当前农作物病害分割与识别模型病斑分割精度低、数据集不充分、训练速度过慢等问题,构建了一种基于改进的U-Net网络多尺度番茄叶部病害分割算法。在U-Net网络结构基础上进行改进,减小图像输入尺寸,在编码器中使用非对称Inception多通道卷积替换传统卷积,实现多尺度提取病害特征,提升模型准确度;在解码器中加入注意力模块,关注番茄病害边缘,减小上采样噪声;引入GN加速模型收敛,并将改进U-Net网络用在PlantVillage数据集上进行预训练,提高模型的分割准确度和速度。改进后的方法准确率、召回率和MIoU分别为92.9%、91.1%、93.6%,实验结果表明,该方法能够有效地提高模型对番茄的病害分割性能。     

An improved segmentation algorithm of CT image based on U-Net network and attention mechanism

Medical image segmentation is one of the important steps in clinical diagnosis, and accurate segmentation of lesions is of great significance to clinical treatment. Therefore, a CT image segmentation algorithm based on depth learning is proposed to solve the problems of poor robustness, weak anti noise ability and low segmentation accuracy of existing image segmentation algorithms.. Firstly, we improve the u-net network structure, increase the batch standardization layer to improve the robustness of the network model, and introduce the attention mechanism to focus on specific things according to the needs, improve the recognition ability of the model. Then, the improved U-Net network structure is applied to CT image segmentation, and the cross entropy loss function is used to reduce the possibility of insufficient segmentation and segmentation leakage, and improve the accuracy of image segmentation. Finally, on the basis of data preprocessing, the segmentation network is trained to get the image segmentation model based on deep learning, and the prediction is made on the test set to get the segmentation results. The experimental results show that compared with other algorithms, the proposed method achieves 0.9594 in the common evaluation standard Dice coefficient, and has strong robustness. It can accurately segment the lung organs in CT images, which is helpful for doctors to obtain pathological information and assist in the diagnosis of lung diseases.

     

融合跨阶段深度学习的脑肿瘤MRI图像分割

目的 磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)作为一种非侵入性的软组织对比成像方式,可以提供有关脑肿瘤的形状、大小和位置等有价值的信息,是用于脑肿瘤患者检查的主要方法,在脑肿瘤分割任务中发挥着重要作用。由于脑肿瘤本身复杂多变的形态、模糊的边界、低对比度以及样本梯度复杂等问题,导致高精度脑肿瘤MRI图像分割非常具有挑战性,目前主要依靠专业医师手动分割,费时且可重复性差。对此,本文提出一种基于U-Net的改进模型,即CSPU-Net(cross stage partial U-Net)脑肿瘤分割网络,以实现高精度的脑肿瘤MRI图像分割。方法 CSPU-Net在U-Net结构的上下采样中分别加入两种跨阶段局部网络结构(cross stage partial module, CSP)提取图像特征,结合GDL(general Dice loss)和WCE(weighted cross entropy)两种损失函数解决训练样本类别不平衡问题。结果 在BraTS (brain tumor segmentation) 2018和BraTS 2019两个数据集上进行实...     

融合注意力和多尺度特征的街景图像语义分割

为了解决在街道场景图像语义分割任务中传统U-Net网络在多尺度类别下目标分割的准确率较低和图像上下文特征的关联性较差等问题,提出一种改进U-Net的语义分割网络AS-UNet,实现对街道场景图像的精确分割.首先,在U-Net网络中融入空间通道挤压激励(spatial and channel squeeze&excitation block, scSE)注意力机制模块,在通道和空间两个维度来引导卷积神经网络关注与分割任务相关的语义类别,以提取更多有效的语义信息;其次,为了获取图像的全局上下文信息,聚合多尺度特征图来进行特征增强,将空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling, ASPP)多尺度特征融合模块嵌入到U-Net网络中;最后,通过组合使用交叉熵损失函数和Dice损失函数来解决街道场景目标类别不平衡的问题,进一步提升分割的准确性.实验结果表明,在街道场景Cityscapes数据集和Cam Vid数据集上AS-UNet网络模型的平均交并比(mean intersection over union, MIo U)相较于传统U-Net网络分别提...     

基于WU-Net网络的肺结节图像分割算法

深度卷积神经网络在医学图像分割领域运用广泛,目前的网络改进普遍是引入多尺度融合结构,增加了模型的复杂度,在提升精度的同时降低了训练效率。针对上述问题,提出一种新型的WU-Net肺结节图像分割方法。该方法对U-Net网络进行改进,在原下采样编码通路引入改进的残余连接模块,同时利用新提出的dep模块改进的信息通路完成特征提取和特征融合。实验利用LUNA16的数据集对WU-Net和其他模型进行训练和验证,在以结节为尺度的实验中,Dice系数和交并比分别能达到96.72%、91.78%;在引入10%的负样本后,F;值达到了92.41%,相比UNet3+提高了1.23%;在以肺实质为尺度的实验中,Dice系数和交并比分别达到了83.33%、66.79%,相比RU-Net分别提升了1.35%、2.53%。相比其他模型,WU-Net模型的分割速度最快,比U-Net提升了39.6%。结果显示,WU-Net提升肺结节分割效果的同时加快了模型的训练速度。     

U-Net与自适应阈值脉冲耦合神经网络相结合的眼底血管分割方法

由于眼底血管结构复杂多变,且图像中血管与背景对比度低,眼底血管分割存在巨大困难,尤其是微小型血管难以分割.基于深层全卷积神经网络的U-Net能够有效提取血管图像全局及局部信息,但由于其输出为灰度图像,并采用硬阈值实现二值化,这会导致血管区域丢失、血管过细等问题.针对这些问题,提出一种结合U-Net与脉冲耦合神经网络(P...     

引入注意力机制和多视角融合的脑肿瘤MR图像U-Net分割模型

目的 脑肿瘤核磁共振（magnetic resonance,MR）图像分割对评估病情和治疗患者具有重要意义。虽然深度卷积网络在医学图像分割中取得了良好表现,但由于脑胶质瘤的恶性程度与外观表现有巨大差异,脑肿瘤MR图像分割仍是一项巨大挑战。图像语义分割的精度取决于图像特征的提取和处理效果。传统的U-Net网络以一种低效的拼接方式集成高层次特征和低层次特征,从而导致图像有效信息丢失,此外还存在未能充分利用上下文信息和空间信息的问题。对此,本文提出一种基于注意力机制和多视角融合U-Net算法,实现脑肿瘤MR图像的分割。方法 在U-Net的解码和编码模块之间用多尺度特征融合模块代替传统的卷积层,进行多尺度特征映射的提取与融合;在解码模块的级联结构中添加注意力机制,增加有效信息的权重,避免信息冗余;通过融合多个视角训练的模型引入3维图像的空间信息。结果 提出的模型在BraTS18（Multimodal Brain Tumor Segmentation Challenge 2018）提供的脑肿瘤MR图像数据集上进行验证,在肿瘤整体区域、肿瘤核心区域和肿瘤增强区域的Dice score分别为0.907、0.838和0.819,与其他方法进行对比,较次优方法分别提升了0.9%、1.3%和0.6%。结论 本文方法改进了传统U-Net网络提取和利用图像语义特征不足的问题,并引入了3维MR图像的空间信息,使得肿瘤分割结果更加准确,具有良好的研究和应用价值。     

基于Concat-UNet的食管癌肿瘤医学影像分割研究

食管癌肿瘤的诊断方式主要是医生对胸部计算机断层扫描（CT）影像进行阅片。由于医生的主观判断易受外界环境的干扰,因此诊断结果与实际结果存在偏差。基于深度学习的图像分割网络对辅助诊断食管癌肿瘤具有重要意义。因食管在整体胸部CT影像中所占的区域较小且对比度较低,传统的图像分割网络难以准确地确定食管癌肿瘤的区域。为精准分割医学CT影像中的食管癌肿瘤,提出图像分割网络Concat-UNet。基于U-Net网络,采用编码解码模式的U型对称架构对网络中的卷积模块进行改进,并引入跳跃连接和批量归一化层,将卷积模块的原始输入与提取特征后的输出进行特征融合,以增强网络的特征提取能力。在此基础上,采用BCEWithLogits与Dice损失函数相结合的方式联合训练网络。实验结果表明,相比SegNet、ERFNet、U-Net等网络,Concat-UNet在食管癌数据集上的检测精确率为91.87%,相比基准网络U-Net提升了11.64个百分点,具有较优的分割效果。     

基于改进U-Net网络的隧道裂缝分割算法研究

针对复杂背景下隧道的细小裂缝图像特征难以提取以及裂缝像素类别不平衡等问题,提出了一种改进U-Net网络的隧道裂缝分割算法。将U-Net模型的编码器和解码器与残差模块相结合,使得网络参数共享,并避免出现深层网络梯度消失的问题;在此结构基础上引入挤压和激励（Squeeze and Excitation,SE）模块来提升重要特征,抑制无用特征,加强对裂缝边缘和形状等特征的权重分配;采用组合损失函数来处理裂缝像素正负样本不平衡的问题,进一步获得更加精细的分割结果。在公共隧道裂缝数据集和自制数据集上设计对比实验来验证改进模型的有效性。结果表明：该算法对裂缝的分割精度均优于其他方法,F1-Score分别达到了76.36%和75.46%,并且运行速度也有明显的提升,可以很好地满足实际工程的应用需求。