基于改进YOLOv3和迁移学习的轻量型补片目标检测

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基于改进YOLOv3和迁移学习的轻量型补片目标检测

2022-05-08 14:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

腹壁疝是腹部手术常见并发症[1],无法自愈只能通过补片植入手术进行治疗[2],中国疝病患者人数每年可达300万~500万,75岁以上老年男性的发病率可高达44%,高于任何一种恶性肿瘤. 目前临床上所植入的补片多为重量型补片,复发率高且容易带来慢性疼痛;轻量型补片网孔稀疏,质地轻盈,腹壁顺应性强[3],正逐渐取代传统重量型补片. 但作为植入的异物,轻量型补片依旧会产生移位、皱缩,甚至疝复发等一系列并发症[4-5]. 因此,需要医生对植入补片重新检测与评估,以确定与补片相关的并发症并指导手术与治疗.

传统计算机断层成像(Computer Tomography,CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等三维成像方式存在辐射危害或禁忌症,且无法对轻量型补片成像,手持超声(Hand-held Ultrasound,HHUS)虽然能成像轻量型补片,但效果不佳. 这导致术后检测只能进行侵入性的二次探查手术,大大增加了病人的痛苦和费用负担. 自动三维乳腺超声(Automated 3D Breast Ultrasound,ABUS)[6]克服传统超声的缺点,不仅成功用于乳腺肿瘤检测,同时对腹壁疝轻量型补片的检查也十分有效. 但ABUS对病例检查后所产生的数据量极为庞大,医生每天需要检测成百上千张的补片成像结果,人工阅片及其耗时费力,且容易出现漏诊或误诊;据统计,医师查阅医学影像产生的误诊率高达10%~30%.

为了减少检查时间并提高准确率,已经提出了几种计算机辅助检测(Computer-aided Diagnosis,CADe)系统来帮助检查和形成对ABUS图像的更精确的检测和诊断. 理论上,应用于ABUS肿瘤图像检测研究对于补片检测有一定参考价值. Ikedo等[7]开发了一种基于Canny边缘检测器检测边缘的全自动检测方法,利用分水岭变换对定位位置进行检测,生成候选肿瘤区域. Chang等[8]提出一种用于多通道自动乳腺超声乳房病变检测的CADe系统,先对图像进行预处理,然后采用灰度切片的方法对候选肿瘤进行检测,最后,提取了7个用于区分肿瘤和非肿瘤的量化特征. Tan等[9]提出一种多阶段CADe系统,包括乳房、乳头和胸壁的检测,然后提取体素特征,并使用神经网络分类器集成来区分肿瘤和非肿瘤. Moon等[10]提出了一种基于多尺度斑点检测的方法,利用模糊、内部回声和形态学特征对斑点进行分类,减少了阳性斑点的数量. Lo等[11]提出应用分水岭变换得到均匀区域,并利用LR分类器得到二维和三维纹理、强度和形态学特征估计候选肿瘤的概率. 然而,这些方法都存在以下缺点:①候选区域方案都是针对肿瘤图像,对于补片图像检测效果不好;②手工特征的选择需要专门的领域知识,不方便且可能不是最优的;③这些方法在临床试验中的检测率和执行时间都相对不足.

随着深度学习理论的飞速发展,针对上述问题以及ABUS补片图像特点,本文提出了一种改进的YOLOv3卷积神经网络检测算法. 实现对ABUS超声中补片的自动检测,利用对补片超声图像进行检测后得到的检测框来获取补片大小、皱缩情况等超声参数,以辅助医生进行补片的术后检查.



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