精读Label-Free Segmentation of COVID-19 Lesions in Lung CT

摘要

        新冠刚爆发时,医学界缺少有标记的肺部CT图像,但得益于多年的数据收集,研究人员可以轻易地获得大量的健康肺部图像。于是本文作者抓住这一点,在健康的肺部图像上叠加生成的病灶区域,然后让网络尽可能复原出健康的肺部的形态。在实际使用中,将患者肺部CT图像与网络处理后得到的健康图像做对比,就可找出差异区域。

方法

架构

精读Label-Free Segmentation of COVID-19 Lesions in Lung CT_第1张图片 图一  正常肺部CT图像和新冠肺炎患者肺部CT图像的对比,上面一行中,橙色箭头所指向的区域为病灶

        如图一所示,新冠患者的肺部CT图基本是在正常肺部CT图的基础上,在原本为黑色的范围中叠加了一堆点状或絮状白色物质。

精读Label-Free Segmentation of COVID-19 Lesions in Lung CT_第2张图片 图二  训练和使用模型时的流程示意图

        因此,在训练阶段,作者在带有mask的健康肺部图像的基础上,生成一个新的maskG,在G的范围里通过强度图,生成椒盐噪声,模拟肺部病灶,叠加在健康肺部图像上。之后,叠加图直接把G覆盖的范围遮罩掉,当作健康肺部部分的GT,同时本文提出的NormNet尽可能将合成图像还原为GT。

        这里之所以采用直接把G覆盖部分抹掉的方法,是因为肺部病灶是一整块,而且健康肺部CT图像的深色区域中,依然存在些许白色的部分。如果用数据集中的健康图像作为GT,模型会尽可能还原出maskG所覆盖的区域中的肺部正常的白色部分,那么将真实的患者的肺部CT图像与网络还原出来的图像作比较时,会漏掉肺部中与病灶重合的白色部分。

病灶生成

精读Label-Free Segmentation of COVID-19 Lesions in Lung CT_第3张图片 图三  病灶生成流程示意图,上面是生成maskG的过程,下面是生成填充G的噪音的过程。

        G的生成是将一堆圆和椭圆进行弹性变形和随即旋转,得到一些随机的对象,然后在健康肺部自带的mask上选择一些坐标点,将一些对象放在这些坐标。而噪音的生成是将一副椒盐噪声图像进行高斯滤波模糊化处理,然后改变尺寸。之后,将得到的结果作为材质,填充进对象,便得到了合成图像。

实验

        这部分没啥好说的,牛逼就完事了,看图吧。每一列黑色加粗为第一,红的第二,蓝色第三。 

精读Label-Free Segmentation of COVID-19 Lesions in Lung CT_第4张图片

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