基于多模态融合的Res U-Net网络在脑肿瘤分割上的应用研究

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医学影像是医疗研究诊断疾病、规划治疗方案、评价治疗效果等应用中的关键技术,医疗影像采集技术已全面普及,比如说计算机断层扫描(CT)、核磁共振成像(MRI)、超声扫描等医学影像技术已广泛应用于医疗诊断中。医学图像处理是医学图像研究的重要领域之一,医学图像分割是重要的医学图像处理研究方向之一,分割出感兴趣区域的医学图像可以作为医生诊断与治疗的重要参考凭据。目前在医学图像分割领域已经有许多研究基于传统方法实现了医学图像的分割,近几年随着GPU计算能力的提升以及深度学习的发展,基于卷积神经网络的图像分割方法得以落地实现,这类方法凭借其端到端的处理方式以及良好的分割效果,已经成为主要的医学图像分割研究方法。相较于基于传统算法的实现,基于卷积神经网络的分割方法能够实现医学图像的自动分割,这类方法极大地提高了图像分割速度与精确度。本文主要研究卷积神经网络在脑肿瘤分割领域的应用。目前脑肿瘤分割仍然存在着严峻的挑战,首先是脑胶质瘤形态多变且具有浸润性,边界十分模糊,不易于分割;其次MRI图像强度不均衡,不同设备不同时间拍摄的影像强度不一致;脑肿瘤还存在类别不平衡的问题,图像中大部分组织属于非肿瘤部分。基于以上问题本文以脑肿瘤MRI影像为研究对象,提出了一种基于多模态的Res U-Net图像分割模型。本文的主要工作如下:(1)提出了一种基于多模态融合的Res U-Net脑肿瘤分割模型,该模型不仅结合了U-Net网络结构与残差模块思想,还根据MRI影像的多模态特性提出了一种加权多模态信息融合方法。该模型在Bra TS2017数据集上与其他主要方法进行了综合评估,结果显示本文所提出的方法在分割精度上优于其他参与比较的方法。(2)将脑肿瘤影像分割扩展到三维尺度,通过一种基于三维卷积的多模态Res U-Net实现了三维医学影像分割,同时通过改善网络结构与图像预处理,缓解了模型因维度提升带来的大量参数对网络训练造成的影响。实验表明,本文提出的方法在脑肿瘤MRI图像分割上具有一定的竞争力。
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