关键词:
肺部CT图像
新冠肺炎病灶分割
卷积神经网络
边界感知
注意力机制
摘要:
2019-2020年新冠肺炎被发现并在全球大范围流行,其传染性强,严重影响了人类的社会活动。对此疾病的检测、诊断与治疗成为了防治的重要手段。由于新冠肺炎前中后期病灶区域变化较大,即使专业的医师在新冠肺炎的诊断问题上,也易导致误诊漏诊等问题。得益于深度学习的发展,通过计算机辅助医生对新冠肺炎CT图像进行分析,可提高对于病灶的诊断准确率,帮助患者快速得到医治。对比传统的医学图像分割方法,深度学习具备更为准确,模型鲁棒性更高等优势。针对新冠肺炎病灶分割,本文提出并设计了两种网络模型:基于边界感知的卷积神经网络模型,和基于十字反向注意力的卷积神经网络模型,本文的研究内容如下:1.针对新冠肺炎CT图像中的病灶边界模糊、病灶区域不规则和肺部区域噪声强等特点,本文针对肺部CT中新冠肺炎病灶区域的分割,提出并设计了一个基于边界感知的神经网络模型(Boundary Perception Axia Attention Net,BP-Net)。在编码阶段,该模型以Resnest101作为编码器提取特征,利用多路表示和注意力机制,提供了改进的特征表示。利用经过感受野增强的高层特征的融合特征图,一并作为多层解码器的输入。解码阶段在高层特征中插入了平行轴向注意力机制,进一步突出前景目标,以提升网络模型分割的准确度。并对解码阶段的输出和边界分布图分别进行监督,结合高级低级特征的不同形态的解码器,使得网络学习到丰富的语义信息。本文在COVIDSemi Seg数据集上验证了网络模型的准确性。2.新冠肺炎的病灶区域在病情的前中后期病灶区域变化较大,噪声干扰大。针对新冠肺炎病灶分割任务的这些问题,本文提出并设计了一个基于十字反向注意力的卷积神经网络模型(Deformable Context Cross Reverse Attention Net,DCRA-Net),达成了对于新冠肺炎病灶准确分割的目标。网络利用感受野增强和多尺度上下文信息的聚合,实现对于前景病灶目标的有效分割。将Res2Net101作为特征提取的编码器,获取更细粒度的多尺度特征,增强每层的感受野。在深层的特征图上使用可变形特征金字塔获取丰富的上下文信息。在模型中嵌入了十字交叉反向注意力使得在平行解码器的输出图像基础上叠加反向的分割目标,微调分割目标的边界信息。本文在COVID-Semi Seg数据集上验证了网络模型高效准确的优点。综上所述,为了解决当前新冠肺炎病灶区域分割任务的难题,本文基于卷积神经网络提出并设计了两个神经网络模型,对病灶的边界模糊问题和形态多变问题上进行改善,使得在新冠肺炎的肺部CT数据集上展现了优异的性能,证明了本文两个网络模型具备准确而高效的分割性能。