基于U-net模型的全自动鼻咽肿瘤MR图像分割

鼻咽肿瘤生长方向不确定，解剖结构复杂，当前主要依靠医生手动分割，该方法耗时久同时严重依赖于医生的经验。针对这一问题，基于深度学习理论，提出一种基于U-net模型的全自动鼻咽肿瘤MR图像分割算法，利用卷积操作替换原始U-net模型中的最大池化操作以减少特征信息的损失。首先，从所有患者的肿瘤切片中提取大小为128×128的区域作为数据样本；然后，将患者样本分为训练样本集和测试样本集，并对训练样本集进行数据扩充；最后，选择训练样本集中所有数据用于训练网络模型。为了验证所提模型的有效性，选取测试样本集中患者的所有肿瘤切片进行分割，最终平均分割精度可达到：DSC（Dice Similarity Coefficient）为80.05%，PM系数为85.7%，CR系数为71.26%，ASSD（Average Symmetric Surface Distance）指标为1.1568。与基于图像块的卷积神经网络（CNN）相比，所提算法DSC，PM（Prevent Match）、CR（Correspondence Ratio）系数分别提高了9.86个百分点、19.61个百分点、16.02个百分点，ASSD指标下降了0.4364；与全卷积神经网络（FCN）模型及基于最大池化的U-net网络相比，所提算法的DSC、CR系数均取得了最优结果，PM系数较两种对比模型中的最大值低2.55个百分点，ASSD指标较两种对比模型中的最小值略高出0.0046。实验结果表明，所提算法针对鼻咽肿瘤图像可以实现较好的自动化分割效果以辅助医生进行诊断。