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摘要
(
皮肤癌是最普遍的癌症类型之一,早期皮肤癌的治愈率可以达到90%以上,
因此,及早发现并治疗对于降低病情恶化风险至关重要。然而皮肤病变区域存在颜
色复杂多变、边界模糊不清、毛发遮挡严重等情况。面对这些情况,若医生仅根据
自身的经验进行人工诊断,会因为外在的多噪声导致医生产生误判。因此有必要研
究可靠的计算机辅助诊断方法,用来帮助医生更准确地识别和分析皮肤癌病变,其
中基于皮肤镜图像的病变区域的自动化分割方法尤其重要。
传统的分割方法,如基于阈值和区域生长等,虽然在一定程度上能够应用于皮
肤镜图像分割,但其效果有限,难以满足复杂图像分割的精细要求。近年来,基于
深度学习的皮肤镜图像分割方法取得了显著进步,这些方法提升了分割的准确性
和精细度。然而,大部分现有的方法仍面临着病灶边缘分割不理想、难以兼顾图像
局部和全局信息等问题。为了克服这些局限,本文结合卷积神经网络和Transformer,
针对皮肤镜图像分割方法开展研究。本文主要研究内容如下:
(1)提出了一种基于双编码器单解码器网络的皮肤镜图像分割方法CTDS-
Net。该模型整体采用U型结构,双分支编码器部分采用卷积分支和Transformer
分支,它们各自捕获图像的不同特征。然后通过双分支融合模块将不同分支的特征
进行融合,该模块有效地将来自卷积神经网络和Transformer的特征进行加权融合,
实现了局部和全局信息的综合利用。同时采用多尺度融合注意力模块将上采样阶
段得到的不同尺寸的特征进行融合。为缓解梯度消失问题,在跳过连接处加入门控
机制使得模型训练更加稳定,从而实现更加精确和鲁棒的分割效果。
(2)在CTDS-Net基础上,为了缓解Transformer带来的参数量问题,设计了
一个新的皮肤镜图像分割模型IMSA-Net。IMSA-Net结合了内卷算子和多尺度注
意力等机制。编码器部分使用内卷算子替代原本的卷积操作,实现内卷算子与分组
Transformer融合注意力模块相结合的设计,更好地捕获图像的局部信息和远距离
依赖信息,采用分组的形式有效地缓解了自注意力机制带来的参数量问题,进一步
提高了模型的运算效率。由于皮肤镜图像中存在不同大小的病灶区域,仅仅依赖单
一尺度的特征难以实现对这些复杂病灶区域的精确分割,因而在跳过连接处使用
改进的多尺度注意力模块,用来更好地融合来自不同阶段的不同尺度的特征信息。
(3)为了全面评估CDTS-Net和IMSA-Net模型的性能,从DICE、平均交并
比、准确度、敏感度以及特异度五个评估指标进行了深度分析。CDTS-Net和IMSA-
I
西北师范大学硕士学位论文
Net模型分别在皮肤镜图像标准数据集ISIC-2017上验证了模型的分割性能。通过
在ISIC-2107数据集上训练,并在ISIC-2018、PH2数据集上验证与测试,证明了
两个模型在跨越不同数据集的稳定性。此外,为了进一步验证模型的泛化能力,在
CVC-ClinicDB和Kvasir-SEG两个肠息肉数据集上进行了实验,并对实验的结果进
行了可视化的展示。通过这些实验和评估,证明了这两个模型的稳定性和泛化性。
!#:皮肤镜图像分割;卷积神经网络;Transformer;注意力机制
II
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