基于边缘信息增强的前列腺MR图像分割网络

作     者：张蝶 黄慧 马燕 黄丙仓 陆炜平 Zhang Die;Huang Hui;Ma Yan;Huang Bingcang;Lu Weiping

作者机构：上海师范大学信息与机电工程学院上海201400 上海市浦东新区公利医院影像科上海200120 

基　　金：国家青年科学基金项目(61501297) 

出 版 物：《中国图象图形学报》 (Journal of Image and Graphics)

年 卷 期：2024年第29卷第3期

页      码：755-767页

摘      要：目的 前列腺图像精确分割对评估患者健康和制定治疗方案至关重要。然而传统U-Net模型在前列腺MR(magnetic resonance)图像分割上存在过拟合、边缘信息丢失等问题。针对上述问题,提出一种改进的U-Net 2D分割模型,旨在增强边缘信息、降低噪声影响,进而提高前列腺分割效果。方法 为缓解过拟合现象,新模型通过对标准U-Net架构进行修改,将普通卷积替换为深度可分离卷积,重新设计编码器和解码器结构,降低模型参数量;为保存分割结果中的边缘信息,新模型通过ECA(efficient channel attention)注意力机制对U-Net解码器特征进行优化,以放大并保存小尺度目标的信息,并提出边缘信息模块和边缘信息金字塔模块,恢复并增强边缘信息,以缓解频繁下采样带来的边缘信息衰退以及编码器和解码器特征之间的语义差距问题;利用空洞空间金字塔池化(atrous spatial pyramid pooling,ASPP)模块对特征进行重采样,扩大感受野,以消除特征噪声。结果 在PROMISE12(prostate MR image segmentation 2012)数据集上验证模型的有效性,并与6种基于U-Net的图像分割方法进行对比,实验证明其分割结果在Dice系数(Dice coefficient,DC)、HD95(95%Hausdorff distance)、召回率(recall)、Jaccard系数和准确度(accuracy)等指标上均有提高,DC较U-Net提高了8.87%,HD95较U-Net++和Attention U-Net分别降低了12.04 mm和3.03 mm。结论 提出一种基于边缘信息增强的前列腺MR图像分割网络(attention mechanism and marginal information fusion U-Net,AIM-U-Net),其生成的分割图像具有丰富的边缘信息和空间信息,其主观效果和客观评价指标均优于其他同类方法,为提高临床诊断的准确度提供帮助。

主 题 词：医学图像分割 前列腺 MR图像 U-Net 边缘信息 

学科分类：081203[081203] 08[工学] 0835[0835] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.11834/jig.230338

馆 藏 号：203126929...