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专利号: 2021103814374
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种联合分类预测和多尺度特征提取的MRI脑肿瘤图像分割方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:获取图像数据,并进行预处理;

针对以序列为单位的切片组数据,首先去除每一个序列中不含肿瘤的切片,再通过旋转、裁剪、翻转操作对数据集进行扩增,获得扩增数据集;其中,每一个序列代表一位患者;

步骤2:断层分类预测;

将预处理后的扩增数据集送入分类预测网络,对完整的脑部肿瘤数据按照肿瘤的有无进行分类预测;

步骤3:构建MRI脑肿瘤图像分割网络;

所述网络包括10组网络:前4组为编码部分,由4个卷积模块和池化组成,其中,卷积模块均为(Conv2d+BN+ReLU)×2,前三次池化为最大池化Max Pooling,第四次池化为Strip Pooling;设Ci、Hi、Wi依次为经过第i个卷积后的通道数,高和宽,则第i个卷积block后的特征图像尺寸为 其中Ci+1=2Ci, 第五组为DPC结构,使用3个DPC模块,并且每一个DPC的输入与输出通道相同;6,7,8,9组为解码结构,通过转置卷积实现网络的上采样, 为经过转置卷积后的通道数,恢复目标图像分辨率;

并同时利用跳跃连接,级联编码结构相应层的特征图信息与解码中的特征图,级联后的特征图尺寸为 其中,Hi=H10‑i,Wi=W10‑i;最后第10组通过1×1卷积,得到与输入图像尺寸一致的分割图像;

步骤4:训练MRI脑肿瘤图像分割网络;

将预处理后的图像数据分为训练集和测试集,将训练集送入MRI脑肿瘤图像分割网络进行训练,获得训练后的MRI脑肿瘤图像分割网络;通过测试集测试训练后的MRI脑肿瘤图像分割网络,若满足预设要求,则停止训练,获得训练好的MRI脑肿瘤图像分割网络,否则修改数据预处理参数以及提出的网络模型之中的参数,继续执行训练过程使得达到预设要求;

步骤5:输出结果;

将需要检测的MRI肿瘤切片输入到分类预测网络中进行有无肿瘤的预测,继而将有肿瘤的序列切片输入给练好的MRI脑肿瘤图像分割网络,完成肿瘤的分割,获取分割结果。

2.根据权利要求1所述的联合分类预测和多尺度特征提取的MRI脑肿瘤图像分割方法,其特征在于:步骤2中,采用的ResNet34分类预测网络,并使用在ImageNet上进行预训练的参数进行实验;将原始数据集分为训练集和测试集,其中测试集为随机划分的若干个脑部肿瘤序列;实验训练时,将输入图像尺寸调整为256×256,并使用水平翻转和正则化,以达到更好的分类效果。

3.根据权利要求1所述的联合分类预测和多尺度特征提取的MRI脑肿瘤图像分割方法,其特征在于:步骤3中,在第五组DPC结构使用PyConv,同时获取不同感受野下的特征图,提取多尺度的肿瘤特征信息,

在PyConv中,FMi为输入特征图,卷积核大小依次为 则卷积核中内核深度依次为式(1):

故输出特征为公式(2):

FMo=FMo1+FMo2+FMo3+···+FMon          (2)其中,FMoi为各个塔层的输出,FMo为通道级联后的总输出,FMi为第i个PyConv的输入特征图,n表示第n个卷积核大小。

4.根据权利要求1所述的联合分类预测和多尺度特征提取的MRI脑肿瘤图像分割方法,其特征在于:步骤3中,采取在常规方形池化方式中增加条状池化来进行下采样;

设输入张量为 输出张量为 中间张量为 则池化如式(3)所示:

其中,y由式(4)求得:

其中,C表示通道数,H×W为输入的二维张量大小,xc,i,j为C通道上的输入张量,分别为在C通道上水平和垂直方向的特征值平均;f()为1×1卷积,σ为Sigmoid激活函数, 表示逐元素相乘。

5.根据权利要求1‑4任意一项所述的联合分类预测和多尺度特征提取的MRI脑肿瘤图像分割方法,其特征在于:为了进一步验证方法的有效性,将110个序列数据集随机不重复划分成11组,每组10个序列;其中取10组作为训练序列,取1组作为测试序列;并且保证每个序列都被测试的情况下,再次通过分类和分割的方式对MRI脑肿瘤图像分割网络进行验证。