基于数据扩增和迁移学习的Mask R-CNN脑CT图像自动分割研究

摘要：

在临床上,分割脑CT图像上的各个脑区并建模,可以更好地观察病变与各器官的位置关系.目前医生主要通过人工勾画的方式进行分割,不仅费时、费力,而且还容易受主观因素影响.提出一种基于数据扩增和迁移学习的Mask R-CNN卷积神经网络算法,可以更快速地在脑CT图像上自动分割出易受脑出血危及的脑区,如小脑、脑干、基底节区和背侧丘脑等部位.针对2020年7月—2020年12月的100名健康人的1 549张脑CT图像,选取其中的80例,共1 239张图像作为训练集,其余的20例,共310张图像作为测试集,然后采用Mask R-CNN框架进行训练和预测,最终输出各脑区的坐标、名称与mask掩模.为研究数据扩增和迁移学习对模型训练效果的提升,分别设计了数据扩增和迁移学习的实验,以及U-Net模型的对照组.数据扩增组通过旋转的方式进行数据扩增,将训练集扩增至13 629张图像;迁移学习组在MS-COCO上训练好的权重基础上,进行迁移学习.其中,迁移学习组的效果最好.在迁移学习的实验中,测试集mAP为0.909 7,平均IOU为0.736 2,脑干、小脑、基底节区和背侧丘脑的测试集平均DICE值分别为0.902 5,0.879 5、0.781 8、0.828 4.而未进行数据扩增和迁移学习的mAP和平均IOU 分别为0.870 8、0.715 9;数据扩增组则为0.894 1、0.729 7;U-Net 组则为0.839 0、0.671 1.研究显示,Mask R-CNN卷积神经网络模型可以较好地应用于脑出血常见部位的自动分割,且迁移学习对模型训练效果的提升较大.

关键词：数据扩增;迁移学习;Mask R-CNN;自动分割

所属期刊栏目：40

分类号：R318(医用一般科学)

资助基金：2020李嘉诚基金会交叉科研项目2020LKSFG01C

在线出版日期：2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：410-418