一种用于脑肿瘤分割的改进U形网络

作     者：黄敬腾 李锵 关欣 HUANG Jing-teng;LI Qiang;GUAN Xin

作者机构：天津大学微电子学院天津300072 

出 版 物：《工程科学学报》 (Chinese Journal of Engineering)

年 卷 期：2023年第45卷第6期

页      面：1003-1012页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62071323,61471263和61872267) 天津市自然科学基金资助项目(16JCZDJC31100) 天津大学自主创新基金资助项目(2021XZC-0024)。 

主　　题：脑肿瘤分割 3D U-Net 跳跃连接 倒残差 磁共振图像 多模态融合 

摘      要：近年来卷积神经网络在生物医学图像处理中得到了广泛应用,例如从磁共振图像中准确分割脑肿瘤是临床诊断和治疗脑部肿瘤疾病的关键环节.3D U-Net因其分割效果优异受到追捧,但其跳跃连接补充的特征图为编码器特征提取后的输出特征图,并未进一步考虑到此过程中的原始细节信息丢失问题.针对这一问题,本文提出前置跳跃连接,并在此基础上设计了一种前置跳跃连接倒残差U形网络(FS Inv-Res U-Net).首先,将前置跳跃连接用于改进DMF Net、HDC Net和3D UNet 3个典型网络以验证其有效性和泛化性;其次,采用前置跳跃连接和倒残差结构改进3D U-Net,进而提出FS Inv-Res UNet,最后在BraTS公开验证集上对所提网络进行验证.BraTS2018的验证结果在增强型肿瘤、全肿瘤和肿瘤核心的Dice值分别是80.23%、90.30%和85.45%,豪斯多夫距离分别是2.35、4.77和5.50 mm;BraTS2019的验证结果在增强型肿瘤、全肿瘤和肿瘤核心的Dice值分别是78.38%、89.78%和83.01%,豪斯多夫距离分别是4、5.57和6.37 mm.结果表明,FS Inv-Res UNet取得了不输于先进网络的评价指标,能够实现脑肿瘤精确分割.