بخش‌بندی تصاویر MR با استفاده از معماری U-Net مبتنی بر Inception و اتصالات پرشی بالا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی (کاربردی)

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

2 هیات علمی دانشگاه فنی و حرفه ای/مدیر کل فناوری اطلاعات

3 موسسه آموزش عالی شهریار آستارا، گروه مهندسی کامپیوتر، آستارا، ایران،

10.48301/kssa.2023.394044.2530

چکیده

تصویربرداری پزشکی یک تکنیک غیرتهاجمی می‌باشد که باعث توسعه قابل توجه در تشخیص و شناسایی بیماری‌های انسان شده است. در بین تمام تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی، روش تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) دارای محبوبیت بیشتری است. این روش، برای سلامت انسان مضر نیست و می‌تواند تصویربرداری از جزئیات مغز انسان را با کیفیت بالایی انجام دهد. بخش‌بندی صحیح تومور مغزی در تصاویر MR دارای اهمیت بالایی می‌باشد. روش‌های سنتی برای بخش‌بندی تصاویر پزشکی زمان‌بر بوده و نیازمند تخصص بالایی هستند. روش‌های یادگیری عمیق نیز برای بخش‌بندی تومور مغزی از روی تصاویر MR معمولا از لایه‌های کانولوشن عادی استفاده می‌کنند که در این صورت توانایی تشخیص ساختارهای ریزمقیاس و بزرگ‌مقیاس را نخواهند داشت. در این پژوهش یک روش نوین مبتنی بر یادگیری عمیق برای بخش‌بندی تومور مغزی بر روی تصاویر MR ارائه شده است. روش پیشنهادی تعمیمی از معماری معروف U-Net می‌باشد با این تفاوت که به جای لایه‌های کانولوشن عادی از ماژول Inception استفاده شده است. ماژول Inception به علت استفاده از کرنل‌های کانولوشن با اندازه‌های مختلف به موازات یکدیگر می‌تواند ویژگی‌های ریزمقیاس و بزرگ‌مقیاس را از تصویر استخراج کند. روش ‌پیشنهادی بر روی مجموعه داده ‌ BraTS 2022مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج دقت به دست آمده برای ضریب تشابه دایس با مقدار 0.91 بیانگر بهبود دقت تشخیص می‌باشد. نتایج ارزیابی نشان می‌دهد که هم فرضیه ارائه شده در مورد تاثیر اتصالات پرشی بالا در بهبود جریان اطلاعات و یادگیری درست بوده و هم استفاده از ماژول Inception توانسته به طور قابل توجهی معیارهای ارزیابی مدل را بهبود ببخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

MRI Segmentation Using Inception-based U-Net Architecture and Up Skip Connections

نویسندگان [English]

  • Farnaz hoseini 1
  • hamed sepehrzadeh 2
  • Amirhoseini Talimian 3
1 Department of Computer Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 technical and vocational university
3 Shahriar Institute of Higher Education, Department of Computer Engineering, Astara, Iran.
چکیده [English]

Medical imaging is a non-invasive technique that has caused significant development in diagnosing and identifying human diseases. Among all medical imaging techniques, magnetic resonance imaging (MRI) is more popular. This method is not harmful to human health and can perform imaging of human brain details with high quality. Correct segmentation of brain tumors in MR images is very important. Traditional methods for segmenting medical images are time-consuming and require high expertise. Deep learning methods for brain tumor segmentation from MR images usually use normal convolution layers, in which case they will not have the ability to distinguish micro-scale and large-scale structures. In this research, a new method based on deep learning for brain tumor segmentation on MR images is presented. The proposed method is a generalization of the famous U-Net architecture, with the difference that the Inception module is used instead of normal convolution layers. Due to convolution kernels with different sizes in parallel, the Inception module can extract small-scale and large-scale features from the image. The proposed method has been evaluated on the BraTS 2022 dataset and the accuracy results obtained for the Dice similarity coefficient with a value of 0.91 indicate the improvement of the detection accuracy. The evaluation results show that both the hypothesis presented about the effect of high jump connections in improving the flow of information and learning is correct, and the use of the Inception module has significantly improved the evaluation criteria of the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Segmentation
  • U-Net
  • MRI
  • Deep Learning
  • up skin connections
  • Inception Module

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 06 شهریور 1402
  • تاریخ دریافت: 07 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری: 01 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 22 مرداد 1402