CN111754530A - 一种前列腺超声图像分割分类方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种前列腺超声图像分割分类方法,包括以下步骤:建立图像分割模型;建立图像分类模型;将图像分割模型与图像分类模型结合形成图像分割分类模型;将采集到的前列腺超声图像输入图像分割分类模型进行分类。与现有技术相比,本发明能够提高图像的分类精度,提升后期诊断效率和准确率。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域,特别涉及一种前列腺超声图像分割分类方法。
背景技术
医学图像分类是计算机视觉领域的一个重要研究方向,分类技术给医学领域中的检测和疾病治疗提供应用价值;随着人工智能在医学领域的迅速发展,图像分类在模式识别领域得到了广泛的研究和运用。
由于医学图显存在严重的斑点噪声和低信噪比等问题,使得当前医学图像分类不够精准、复杂程度高,给医生后期的判断和工作都带来不少的困扰和压力。
因此,如何提供一种能够提高分类准确性的超声图像分割及分类方法,是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明实施例提供了一种前列腺超声图像分割分类方法,能够实现对医学图像的精确分割、分类,提高诊断的准确率,进而减轻医生的工作负担。
本发明提供的一种前列腺超声图像分割分类方法,包括以下步骤:
建立图像分割模型;
建立图像分类模型;
将所述图像分割模型与所述图像分类模型结合,形成图像分割分类模型;
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割分类模型进行分类。
优选地,所述建立图像分割模型步骤具体包括:
使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图;
建立图像分割训练模型,将所述采集到的前列腺超声图像与该所述采集的前列腺超声图像对应的所述由人工分割的Mask图输入到所述图像分割训练模型中训练,生成训练结果;
根据所述训练结果调试建立图像分割模型。
优选地,所述建立图像分割模型步骤之前还包括:
采集经直肠前列腺超声图像;
根据所述采集到的前列腺超声图像是否有前列腺癌结节,对所述前列腺超声图像进行阴性和阳性分类。
优选地,所述建立图像分割模型步骤之后还包括:
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将所述由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将所述四通道图片进行标记。
优选地,所述建立图像分类模型步骤包括:
建立图像分类训练模型;
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将所述由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将所述四通道图片进行标记;
将所述标记后的四通道图片输入所述图像分类训练模型,调试建立图像分类模型。
优选地,所述采集经直肠超声前列腺图像步骤还包括:
选取经直肠超声前列腺图像的横截面,所述横截面覆盖全部前列腺区域;
对特定部位穿刺活检后获得病理结果,进而对经直肠超声前列腺图像进行阴性和阳性分类。
优选地,所述使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图步骤具体为:
对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行勾勒,生成json文件;
编写程序解压json文件,生成由人工分割的Mask图。
优选地,所述将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片步骤具体为:
将尺寸一致的三通道前列腺超声图像和单通道由模型分割的Mask图叠加,生成四通道的RGBA图;
其中,R层、G层和B层为所述前列腺超声图像的R层、G层和B层,A层为所述由模型分割的Mask图的单通道层。
优选地,所述建立图像分类模型步骤还包括:
建立Vgg19深度学习图像分类模型,将前述图像分类模型输入层的三个3x3的卷积核变为四个3x3的卷积核,使得所述图像分类模型兼容四通道图片的输入。
而且,将所述图像分割模型与所述图像分类模型结合形成图像分割分类模型,将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割分类模型进行分类,前述分割与分类模型皆为训练到最优的模型,两个模型连接为一个端到端的模型,输入前列腺超声图像即可得到其分类的结果。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明将经直肠前列腺超声图像与标记的由模型分割的Mask图相互叠加为四通道图,由模型分割的Mask图中对应前列腺的区域取值为1,非前列腺区域取值为0。四通道为输入分类模型训练时前列腺区域作为感兴趣区域进行深度学习分类训练的辅助,通过分析特定区域的特征,进而提高分类准确度,为提高诊断准确率提供参考。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种前列腺超声图像分割分类方法的一个实施例流程图;
图2是本发明实施例中的前列腺经直肠超声图像的一个实施例示意图;
图3是本发明实施例中的单通道的由模型分割的Mask图的一个实施例示意图;
图4是本发明实施例中的四通道图片的一个实施例示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,但需要说明的是,实施例并不对本发明要求保护范围的构成限制。
本发明实施例提供的一种前列腺超声图像分割分类方法,包括以下步骤:
101、建立图像分割模型;
102、建立图像分类模型;
103、将图像分割模型与图像分类模型结合形成图像分割分类模型;
104、将采集到的前列腺超声图像输入图像分割分类模型进行分类。
其中,建立图像分割模型步骤具体包括:
使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图;建立图像分割训练模型,将采集到的前列腺超声图像与该采集的前列腺超声图像对应的由人工分割的Mask图输入到图像分割训练模型中训练,生成训练结果;根据训练结果调试建立图像分割模型。
建立图像分割模型步骤之前还包括:
采集经直肠前列腺超声图像;根据采集到的前列腺超声图像是否有前列腺癌结节,对所述前列腺超声图像进行阴性和阳性分类,具体依据为活检结果。
建立图像分割模型步骤之后还包括:
将采集到的前列腺超声图像输入图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将四通道图片进行标记,阳性图片标记为0,阴性图片标记为1。
建立图像分类模型步骤包括:
建立图像分类训练模型;
将采集到的前列腺超声图像输入图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将四通道图片进行标记;
将标记后的四通道图片输入图像分类训练模型,调试建立图像分类模型。
采集经直肠超声前列腺图像步骤还包括:
选取经直肠超声前列腺图像的横截面,横截面覆盖全部前列腺区域;由医院收集前列腺经直肠超声图像,选取经直肠超声图像的横截面,囊括整个前列腺区域;
对特定部位穿刺活检后获得病理结果,进而对经直肠超声前列腺图像进行阴性和阳性分类。
使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图步骤具体为:
对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行勾勒,生成json文件;
编写程序解压json文件,生成由人工分割的Mask图。
将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片步骤具体为:
将尺寸一致的三通道前列腺超声图像和单通道由模型分割的Mask图叠加,生成四通道的RGBA图;每个像素的取值只有0与1,0对应前列腺超声图片中的非前列腺区域,1对应前列腺超声图片中的前列腺区域;
其中,R层、G层和B层为所述前列腺超声图像的R层、G层和B层,A层为所述由模型分割的Mask图的单通道层。
建立图像分类模型步骤还包括:
建立Vgg19深度学习图像分类模型,将前述图像分类模型输入层的三个3x3的卷积核变为四个3x3的卷积核,使得图像分类模型兼容四通道图片的输入。
而且,将图像分割模型与图像分类模型结合形成图像分割分类模型,将采集到的前列腺超声图像输入图像分割分类模型进行分类,前述分割与分类模型皆为训练到最优的模型,两个模型连接为一个端到端的模型,输入前列腺超声图像即可得到其分类的结果。
本发明实施例中提供的图像分割分类方法,主要涵盖的步骤或者流程有:
步骤1:收集前列腺经直肠超声横截面图像,以包括整个前列腺区域图像为准;
首先,收集被检测者的前列腺经直肠超声图像,以囊括整个前列腺区域的横截面为准,如图2所示,剔除掉一些模糊、不完整、非横截面等不合标准的图片,同时记录检测者的活检病理信息;
步骤2:由专业超声医生与活检结果结合确定每张图片的阴阳性;
步骤3:手动分割勾勒,形成与前列腺经直肠超声图像对应的由人工分割的Mask图片;
使用labelme软件标记分割前列腺超声图像前列腺区域,勾勒出前列腺区域,产生与前列腺经直肠超声图像对应的json文件。通过python代码编写处理json文件,产生与前列腺经直肠超声图像对应的由模型分割的Mask图,由模型分割的Mask图为单通道图片,每个像素的取值只有0与1,为全黑的图片,如图3所示,0对应前列腺超声图中的非前列腺区域,1对应前列腺超声图中的前列腺区域,由模型分割的MASK图像素尺寸与前列腺经直肠超声图像大小一致,文件格式为png,里面有前列腺经直肠超声图像的标记信息,组成数据集;
步骤4:建立图像分割模型;
建立U-Net深度学习图片分割模型;
步骤5:输入前列腺经直肠超声图像与对应的由人工分割的Mask图到深度学习图片分割模型中训练;
将数据集以6:2:2的比例分为训练集、验证集和测试集,验证集的数据不能用于训练,训练过的数据不能再进行验证,验证集在每轮训练即时显示验证结果,测试集为模型从未见过的数据集,用于最后模型的测试,设置合适的训练的轮数开始训练;
步骤6:根据训练结果改进深度学习图片分割模型;
训练完毕,开始验证,根据训练集中的预测分割模型改进深度学习网络结构的参数,多次调整训练,以达到预期的效果;
步骤7:建立图像分类模型;
建立Vgg19深度学习图片分类模型,将原本的图像分类模型输入层的三个3x3的卷积核,增加一个变为四个3x3的卷积核,使得该图像分类模型模型可以接受四通道图片的输入;
步骤8:由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像批量叠加生成四通道图片;
编写相应的python程序,将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像批量叠加生成四通道图片,作为待分类的四通道图片,具体图片效果如图4所示;
步骤9:四通道图片和图片的阴阳性为标记输入深度学习图片分类模型;
四通道图片作为数据集,同样的以6:2:2的比例分为训练集、验证集和测试集,以图片的阴阳性为标记,阳性图片标记为0,阴性图片标记为1,进行前列腺癌的分类训练;
步骤10:根据训练结果改进深度学习图片分类模型;
训练完毕,开始验证,根据训练证集中的预测分类模型改进深度学习网络结构的参数,多次调整训练,以达到预期的效果;
步骤11:结合两个模型构成一个基于深度学习的分割分类模型。
本发明实施例中,通过该分割分类模型输出被试者前列腺超声图像的结果,结果为阴性或阳性,为后续医生的诊断提供辅助。
为了验证本发明的效果,下面给出具体实验结果。
实验数据由暨南大学附属第一医院提供,包含111位病人的前列腺经直肠超声图像。在每位病人中,采集1~16张前列腺经直肠超声图片,每张图片大小为588x720像素,共有764张图片。在采集图片的同时,通过穿刺活检病理组织,获得患者确切的病理诊断,以有癌组织为阳性,无癌组织为阴性为区分,有60个阳性患者,51个阴性患者;351张阳性图片,413张阴性图片。
764张图片按照6:2:2的比例,分为训练集、验证集、测试集,具体为
为了证明本发明中的Mask图与超声图片叠加而成的四通道图的效果,这里做两组实验,实验组和对照组,作为对比实验。实验组,为本发明的所述的方法;对照组,舍去了本发明中的分割模型,直接输入未经处理的超声图片到VGG19图片分类网络模型中训练调试(VGG19原本设计输入为三通道图片,因此不用修改VGG19输入结构),同样输出在测试集上的实验结果指标。
实验指标有准确率(Accuracy)、召回率(Recall)、精确率(Precision)、真阴性率(TNP)、假阳性率(FPR)和综合评价指标(Accuracy)。F1)。具体计算公式如下:
其中,TP(真正,True Positive)被模型预测为正的正样本,这里为被模型预测为阳性的阳性图片;TN(真负,True Negative)被模型预测为负的负样本,这里为被模型预测为阴性的阴性图片;FP(假正,False Positive)被模型预测为正的负样本,这里为被模型预测为阳性的阴性图片;FN(假负,False Negative)被模型预测为负的正样本,这里为被模型预测为阴性的阳性图片。
实验组实验结果,TP=58,TN=69,FP=13,FN=12;准确率Accuracy=0.8355;召回率Recall=0.8286;精确率Precision=0.8169;真良性率TNP=0.841;假恶性率FPR=0.1585;综合评价指标F1=0.8227。
对比组实验结果,TP=50,TN=60,FP=22,FN=20;准确率Accuracy=0.7237;召回率Recall=0.7143;精确率Precision=0.6944;真良性率TNP=0.7317;假恶性率FPR=0.2683;综合评价指标F1=0.7042。
两组实验对比可得,本发明中Mask图与超声图片叠加而成的四通道图的效果与未经处理的超声图片效果相比,有了很大的提升。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,包括以下步骤:
建立图像分割模型;
建立图像分类模型;
将所述图像分割模型与所述图像分类模型结合,形成图像分割分类模型;
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割分类模型进行分类。
2.根据权利要求1所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述建立图像分割模型步骤具体包括:
使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图;
建立图像分割训练模型,将所述采集到的前列腺超声图像与该所述采集的前列腺超声图像对应的所述由人工分割的Mask图输入到所述图像分割训练模型中训练,生成训练结果;
根据所述训练结果调试建立图像分割模型。
3.根据权利要求1所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述建立图像分割模型步骤之前还包括:
采集经直肠前列腺超声图像;
根据所述采集到的前列腺超声图像是否有前列腺癌结节,对所述前列腺超声图像进行阴性和阳性分类。
4.根据权利要求1所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述建立图像分割模型步骤之后还包括:
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将所述由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将所述四通道图片进行标记。
5.根据权利要求1所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述建立图像分类模型步骤包括:
建立图像分类训练模型;
将采集到的前列腺超声图像输入所述图像分割模型,生成由模型分割的Mask图;
将所述由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片;
将所述四通道图片进行标记;
将所述标记后的四通道图片输入所述图像分类训练模型,调试建立图像分类模型。
6.根据权利要求3所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述采集经直肠超声前列腺图像步骤还包括:
选取经直肠超声前列腺图像的横截面,所述横截面覆盖全部前列腺区域;
对特定部位穿刺活检后获得病理结果,进而对经直肠超声前列腺图像进行阴性和阳性分类。
7.根据权利要求2所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述使用labelme软件对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行分割,生成由人工分割的Mask图步骤具体为:
对采集到的前列腺超声图像中的前列腺区域进行勾勒,生成json文件;
编写程序解压json文件,生成由人工分割的Mask图。
8.根据权利要求4或5所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述将由模型分割的Mask图与对应的前列腺超声图像叠加生成四通道图片步骤具体为:
将尺寸一致的三通道前列腺超声图像和单通道由模型分割的Mask图叠加,生成四通道的RGBA图;
其中,R层、G层和B层为所述前列腺超声图像的R层、G层和B层,A层为所述由模型分割的Mask图的单通道层。
9.根据权利要求1或5所述的一种前列腺超声图像分割分类方法,其特征在于,所述建立图像分类模型步骤还包括:
建立Vgg19深度学习图像分类模型,将前述图像分类模型输入层的三个3x3的卷积核变为四个3x3的卷积核,使得所述图像分类模型兼容四通道图片的输入。
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