[发明专利]基于深度神经网络的黑色素瘤图片组织分割方法和系统有效

专利信息
申请号: 201810188964.1 申请日: 2018-03-08
公开(公告)号: CN108510502B 公开(公告)日: 2020-09-22
发明(设计)人: 柏朋成;赵跃龙;张声超 申请(专利权)人: 华南理工大学
主分类号: G06T7/11 分类号: G06T7/11
代理公司: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 冯炳辉
地址: 510640 广*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 基于 深度 神经网络 黑色素瘤 图片 组织 分割 方法 系统
【权利要求书】:

1.基于深度神经网络的黑色素瘤图片组织分割系统,其特征在于:包括有数据预处理模块、皮肤镜图片组织分割模型训练模块、皮肤镜图片组织分割模型存储模块、皮肤镜图片组织分割模块;其中:

所述数据预处理模块包括数据集加载单元和数据集基本处理单元;所述数据集加载单元负责加载用于训练、验证、测试模型的数据集以及训练好模型之后需要进行分割处理的新的数据,对于训练、验证、测试模型,要保证训练数据和数据标签之间的对应关系;所述数据集基本处理单元用于对图片调整至统一大小,对图片像素值做归一化处理,对图片的RGB像素值减去ImageNet数据集对应通道的平均值以及针对数据集大小达不到要求的情况进行数据增强;

所述皮肤镜图片组织分割模型训练模块用于训练黑色素瘤的皮肤镜图片组织分割模型;所述皮肤镜图片组织分割模型是由一种深度神经网络训练而来,该网络是一个21层的深度神经网络,由“收缩路径”和“扩张路径”两部分构成,两部分之间由两个全连接层连接,所述网络的结构如下:

第一部分叫收缩路径,第二部分称为扩张路径,在收缩路径和扩张路径之间用两个全连接层连接起来;所述收缩路径的接收维度为N×M×D的三维数据作为输入,其中N、M、D分别代表长、宽和通道数,在实际中输入图片通道D为3,然后进行以下三个阶段的收缩操作:先对数据加入高斯噪声再依次输入三个卷积层和一个池化层,然后再对数据加入高斯噪声之后输入三个卷积层和一个池化层,接着再一次加入高斯噪声后输入三个卷积层和一个池化层,并增加随机失活操作,得到的数据拉伸成一维之后,作为全连接层输入;收缩路径中每个阶段卷积层中卷积核的个数都是上一个阶段的两倍,也就是说第二个阶段中卷积层的卷积核个数是第一个阶段中的两倍,而第三个阶段中卷积层的卷积核个数又是第二个阶段中的两倍;收缩路径主要用于提取和聚合上下文特征;所述扩张路径主要由卷积层和转置卷积层组成,其输入是经过全连接层之后再重塑成N×M×D的三维数据,然后同样对该数据进行三个阶段扩张操作:首先对该数据进行转置卷积,把长和宽放大为原来的两倍,然后再用跳跃连接把收缩路径中第三阶段收缩操作得到的数据和经过转置卷积放大的数据连接起来,进行D维度上的拼接,接着对拼接之后的数据随机失活之后输入三个卷积层;第二阶段扩张操作同样先对得到的数据进行转置卷积,把长和宽再扩大至两倍,然后再把收缩路径中第二阶段收缩操作得到的数据和放大后的数据进行D维度上的拼接,随机失活之后再输入三个卷积层;第三阶段扩张操作同样先对数据进行转置卷积,然后和第一次收缩操作得到的数据进行D维度上的拼接,随机失活之后输入三个卷积层;这三个阶段卷积核的个数逐阶段递减为前一个阶段的二分之一,所以扩张路径最后一个阶段的卷积核的数量和收缩路径第一阶段的卷积核数量是相同的;扩张路径主要用于把分割后的图片恢复到原始尺寸并对可疑组织的边界实现精确定位;两个全连接层中第一层的神经元个数为8192,并使用随机失活操作,第二层神经元的个数为32768,并在后面增加加入高斯噪声的操作;输出层由一个通道数为1,卷积核大小为1×1的卷积层构成,最后的输出为N×M×1的数据,表示成单通道的二维图像,像素值表示每个像素经过神经网络之后所得到的是否属于黑色素瘤的分割结果:白色代表可疑组织区域,黑色代表正常皮肤区域;

皮肤镜图片组织分割模型训练模块训练好上述神经网络之后,把训练得到的最终模型保存到皮肤镜图片组织分割模型存储模块中,用于对新输入的皮肤镜图片进行组织分割操作;

所述皮肤镜图片组织分割模型存储模块保存由皮肤镜图片组织分割模型训练模块训练得到的皮肤镜图片组织分割模型,供需要调用该模型的新的输入数据调用;

所述皮肤镜图片组织分割模块利用皮肤镜图片组织分割模型存储模块保存的模型对新输入的皮肤镜图片进行感兴趣区域的分割;具体来说,就是把疑似病变组织的边界轮廓找出来;分割的输出结果是由黑白两种颜色的图片,黑色表示正常皮肤,白色表示可疑组织的皮肤,黑白交界的地方就是组织的边界轮廓,有了这个轮廓才方便把接下来分析的重点放在这个轮廓所覆盖的区域上;对于皮肤科医师来说需要对该新输入的图片进行进一步分析的重点就在这个轮廓内部;所以组织分割模块的目的就是找到感兴趣区域,方便后续处理。

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