深度学习图像分割算法在病理性切片中应用
硬件架构:双Xeon可扩展处理器(最大56核,最高3.8GHz)+最大9块GPU+20盘位并行存
机器特点:目前最强大的CPU+GPU异构计算
数据规模:建模与仿真计算、高性能科学计算、机器/深度学习
目的:采用基于深度学习的胃癌病理切片分割算法实现对胃癌区域的识别。
方法:以U-Net网络为基本框架设计深层次的胃癌病理切片分割算法模型Deeper U-Net(DU-Net)。采用区域重叠分割法将数据分割成若干小块图片,然后利用预先训练好的DU-Net网络模型对分割的小图片进行初次分割,并使用图片分类器清楚假阳性样本,重新合成新样本。采用重复学习的方法使用新样本进行多次重复训练,将得到的结果应用全链接条件随机场(CRF)进行后续处理。最终得到胃癌分割图片并验证结果。
结果:经过3次重复学习后,DU-Net网络模型的平均精度为91.5%,平均交叉联合度量(IoU)为88.4%,相比于未经重复学习的基础DU-Net模型,其平均精度提升了5.6%,平均IoU提升了2.9%。
结论:基于深度学习的胃癌病理切片分割算法实现了精准的分割,提升了模型的泛化能力和鲁棒性,可用于辅助胃癌病理诊断。
1.深度学习网名模型
1.1 网络整体框架
该网络包含14个卷积块(convolution block)、7个最大池化层(max-pooling layer)、7个上采样层(upsampling layer)和一个Sigmoid激活函数层,其中每个卷积块包含有1个卷积层(convolution block)、1个批规范层(batch normalization layer)和1个PRelu激活层。
2.训练方法
2.1数据处理
由于标注的胃癌区域中存在很多白色背景区域,直接对其训练会导致模型将白色背景区域看作胃癌区域的一个特征。为此需要过滤大部分背景区域图片,以消除白色背景区域的干扰。对于深度学习来说,大规模数据集有利于提高模型的准确度。本文采用了随即旋转、平移、随机裁剪、随机颜色空间变换方法来进行数据的扩充。
2.2区域重叠分割法
使用无重叠分割法得到的图片进行训练。会使模型将白色背景区域占较大比例的图片误认为正常区域,从而增加了预测的不准确性。区域重叠分割法增加了图片视野(即观测域)的范围,对不同视野下的相同癌症区域进行重复预测,可有效避免上述情况。
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