基于残差差分卷积的医学图像模糊边缘增强分割
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国家自然科学基金面上项目 (62376183); 中国博士后科学基金 (GZC20241586); 山西省高等学校科技创新计划(2024L181); 山西省基础研究计划(202403021212184, 202203021212114); 中北大学第二十届研究生科研科技计划(20242055)


Segmentation of Medical Images with Fuzzy Edge Enhancement Based on Residual Difference Convolution
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    摘要:

    医学影像精准分割常因病灶与邻近组织形态与色彩高度相似而边界模糊, 降低了分割精度与诊断可靠性. 本研究提出基于残差差分卷积的模糊边缘增强网络, 设计边缘感知细节提取模块, 通过梯度特征编码强化边缘信息. 在瓶颈层引入全局边缘细节双层级路由注意力, 融合上下文实现精准建模; 构建残差边缘感知定位模块, 实现模糊边缘精细定位. 实验结果表明, 在结直肠癌、皮肤病变和乳腺超声图像公开数据集上, 该方法显著减少参数量与计算复杂度的同时, 分割性能均稳超现有先进方法. 系统消融研究进一步验证各组件在提升边缘检测效能方面的协同作用, 充分展示了该方法提升医学图像分析可靠性的潜在应用价值.

    Abstract:

    Accurate medical image segmentation is often challenged by blurred boundaries caused by the high morphological and color similarity between lesions and surrounding tissue, thus compromising both segmentation accuracy and diagnostic reliability. To this end, this study proposes a fuzzy edge enhancement network based on residual differential convolution and designs a feature extraction module for edge awareness detail to enhance edge information via gradient feature coding. Meanwhile, the global edge detail bi-level routing attention is introduced in the bottleneck to integrate contextual information for precise modeling. Furthermore, a residual edge-aware localization module is constructed to enable refined localization of fuzzy edges. The experimental results show that on public colorectal cancer, skin lesion, and breast ultrasound images datasets, the proposed method significantly reduces the parameter count and computational complexity, with even stronger segmentation performance than existing state-of-the-art methods. Systematic ablation studies further validate the synergistic contribution of each component to edge detection, fully showcasing the potential application significance of the proposed method in improving the reliability of medical image analysis.

    参考文献
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引用本文

孙继杰,强彦,陈琪,李青,郭瑛璇,王彦瑾,安洋.基于残差差分卷积的医学图像模糊边缘增强分割.计算机系统应用,2025,34(12):111-118

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  • 收稿日期:2025-04-21
  • 最后修改日期:2025-05-28
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  • 在线发布日期: 2025-10-21
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