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专利号: 2023103061896
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于三平面融合边缘U‑Net的脑肿瘤分割方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,将获取的脑肿瘤MR图像分为训练集和验证集,并对训练集图像进行预处理,得到预处理脑肿瘤图像数据集A和边缘特征图像数据集B;

S2,基于U‑Net架构的编码器和解码器,通过对脑肿瘤MR图像进行轴向、矢向、冠向的分割,以边缘辅助模块作为跳跃连接构建边缘U‑Net模型,将提取的图像特征和边缘特征进行融合;

S3,采用交叉熵损失函数和边界损失函数相结合的组合损失函数,对边缘U‑Net模型进行训练,优化边缘U‑Net模型的参数,获得最佳模型;

S4,将预处理脑肿瘤图像数据集A和边缘特征图像数据集B一起作为不同平面的数据,分别输入到U‑Net网络模型的三个网络结构中以训练最优参数,得到最优的网络分割结果;

根据最优分割结果得到三维概率图;

步骤S2中,编码器包括图像部分编码器和边缘部分编码器,所述图像部分编码器包括5个卷积块,第一个卷积块包含3个64通道的卷积层;第二个卷积块包含3个卷积层,共128个通道;第三个卷积块由4个卷积层组成,每个卷积层有256个通道;第四个卷积块由4个卷积层组成,有512个通道;最后一个卷积块包括两个卷积层,每个卷积层有1024个通道,以及一个dropout层;在每个卷积块之后,添加一个最大池化层;

边缘部分编码器包括4个卷积块,第一个卷积块包含3个64通道的卷积层;第二个卷积块包含3个卷积层,共128个通道;第三个卷积块由3个卷积层组成,每个卷积层有256个通道;第四个卷积块由3个卷积层组成,有512个通道,在每个卷积块后,添加一个平均池化;

所述边缘辅助模块是由两个卷积层组成,第一个卷积层使用边缘映射,内核的大小为3×3,sigmoid激活层和步长均为1;第二层卷积核大小为3×3,ReLU激活层和步长为均为1;

在边缘辅助模块中,融合Mi和 特征,边缘辅助模块的表达式如下:

α=Mi⊙ρ

其中, 是边界特征,Mi是图像本身的特征;α、ρ分别为图像部分编码器和边缘部分编码器产生的属性,δ为卷积操作;

步骤S3中,交叉熵损失CE和边界损失函数ML的组合损失函数表达式如下:L=CE+ML

交叉熵损失的函数定义为:

边界损失函数定义如下:

其中,pc(t)表示soft‑max层的输出,C为标签中的类数;yc(t)∈{0,1}表示为每个类在体素t处的二进制值;t为体素的位置;j为索引值,Sj表示地面真实值与预测显著之间的损失, 表示真实的边界与估计边界之间的IOU。

2.根据权利要求1所述基于三平面融合边缘U‑Net的脑肿瘤分割方法,其特征在于,步骤S1中,对获取的脑肿瘤MR图像进行预处理的实现步骤如下:S11,从公开数据源上获取脑肿瘤病例图像数据集;

S12,对脑肿瘤病例图像数据集通过高斯滤波进行去噪处理、边缘提取;

S13,对轴向、矢向和冠向三个平面进行切片处理化操作,并将切片尺寸调整到合适模型的输入尺寸。

3.根据权利要求1所述基于三平面融合边缘U‑Net的脑肿瘤分割方法,其特征在于,步骤S2中,所述解码器包括4个卷积块,每个卷积块包括4个卷积层,两层核大小为2×2和一个ReLU激活函数以及两层3×3的卷积层和ReLU激活函数;

解码器融合4个输出为不同尺度的图像边缘生成四个具有不同通道数的特征。

4.根据权利要求1所述基于三平面融合边缘U‑Net的脑肿瘤分割方法,其特征在于,步骤S4中,根据最优分割结果得到三维概率图的具体实现步骤如下:根据阈值来划分不同的肿瘤部分,最后对划分出来的肿瘤进行后处理操作,得到轴向、矢向和冠向的分割结果,然后对轴向、矢向和冠向的分割结果组装成一个三维概率图;然后将每个三维概率图的尺寸调整到原始尺寸,最后将三维图平均以得到最终的概率图。