基于注意力和类相关性的膝关节软骨MRI分割
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国家自然科学基金 (61702295); 山东省重点研发计划 (科技示范工程) (2021SFGC0701); 青岛市海洋科技创新专项 (22-3-3-hygg-3-hy)


Knee Cartilage MRI Segmentation Based on Attention and Class Relevance
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    摘要:

    本研究针对膝关节软骨MRI分割中标注数据稀缺的问题, 提出了一种多层次膝关节软骨图像分割网络. 该网络采用医学注意力机制, 并融合条件随机场, 形成了具有层次化注意力的架构. 通过将数据流分为全局流和局部流, 本网络能够同时捕获图像的全局特征和局部细节, 从而提升分割的准确性. 此外, 为了降低计算负担, 我们引入了轴向注意力机制, 有效地简化了计算过程并减少了模型参数. 通过层次化分割策略和条件随机场的整合, 网络能够更深入地挖掘类别间的相互依赖性, 提高了对关键特征的捕获能力. 在两个公共数据集K-Space和MOST上的实验验证了所提方法的有效性. 实验结果表明, 即使在数据标注有限的情况下, 本方法也能实现高精度的膝关节软骨图像分割. 与当前先进方法相比, 本研究的方法在Dice相似系数(DSC)和95% Hausdorff距离(95HD)等评价指标上均展现出显著优势.

    Abstract:

    This study proposes a multi-level knee cartilage image segmentation network to address the challenge of limited annotated data in knee cartilage MRI segmentation. This network incorporates a medical attention mechanism and integrates conditional random fields to create a hierarchical attention framework. By separating the data stream into global and local streams, the network captures both global features and local details of the image, thus enhancing segmentation accuracy. In addition, an axial attention mechanism is introduced to reduce computational load, effectively simplifying the calculation process and minimizing model parameters. The integration of hierarchical segmentation strategies and conditional random fields enables a deeper exploration of the interdependence between categories, improving the network’s ability to capture key features. The proposed method’s effectiveness is validated through experiments on two public datasets, K-Space and MOST. Experimental results demonstrate that even with limited data annotation, the method achieves high-precision knee cartilage image segmentation. Compared to current state-of-the-art methods, the proposed approach shows significant improvements in evaluation metrics such as the Dice similarity coefficient (DSC) and 95% Hausdorff distance (95HD).

    参考文献
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    引证文献
引用本文

王顺,张俊虎,李海涛,李辉.基于注意力和类相关性的膝关节软骨MRI分割.计算机系统应用,,():1-12

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  • 收稿日期:2024-11-02
  • 最后修改日期:2024-11-28
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  • 在线发布日期: 2025-04-30
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