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基于DeepLabV3+模型的钝性颅脑损伤CT图像智能识别与分割
《法医学杂志》
2024年
5
419-429
秦豪杰;刘媛媛;付恩浩;刘雅雯;田志岭;董贺文;刘太昂;邹冬华;程亦斌;刘宁国
河南科技大学基础医学与法医学院 特种医学研究院 司法鉴定中心,河南 洛阳 471000;司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室 司法部司法鉴定重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台,上海 200063;山西医科大学法医学院,山西 晋中 030600;上海维解信息科技有限公司,上海 200444
目的 基于钝性颅脑损伤CT图像训练卷积神经网络DeepLabV3+模型,实现对常见颅脑损伤的智能化识别与分割(下文简称"分割"),探索深度学习技术在法医学钝性颅脑损伤自动化诊断中的应用价值.方法 收集活体5 486张钝性颅脑损伤CT图像作为训练集、验证集和测试集进行模型训练与性能评估,另取活体255张钝性颅脑损伤与156张正常颅脑CT图像作为盲测集,评估模型分割5类颅脑损伤(头皮血肿、颅骨骨折、硬脑膜外血肿、硬脑膜下血肿和脑挫伤)的能力.再收集尸体340张钝性颅脑损伤和120张正常颅脑CT图像作为新的盲测集,探索用活体颅脑损伤CT图像训练的模型在尸体颅脑损伤分割中的应用价值.对除盲测集以外的所有钝性颅脑损伤CT图像中的5类颅脑损伤进行人工标记,再将各数据集输入模型,对模型进行训练后,根据训练集、验证集的损失函数与准确率评估并优化模型性能,根据测试集的Dice值评估模型泛化能力;根据盲测集的准确率、精确率和F1值评价模型对5类颅脑损伤的分割性能.结果 经过对模型的训练和优化,最终的最优模型对头皮血肿、颅骨骨折、硬脑膜外血肿、硬脑膜下血肿和脑挫伤分割的平均Dice值分别是0.766 4、0.812 3、0.938 7、0.782 7和0.858 1,均大于0.75,达到了预期要求.盲测集的外部验证结果显示,5类颅脑损伤分割的F1值在活体颅脑损伤CT图像中分别是93.02%、89.80%、87.80%、92.93%和86.57%,在尸体颅脑损伤CT图像中分别是83.92%、44.90%、76.47%、64.29%和48.89%,说明该模型在活体CT图像上能准确分割5类颅脑损伤,而在尸体CT图像上的分割能力相对较差,但仍然能够准确分割头皮血肿、硬脑膜外血肿和硬脑膜下血肿.结论 基于CT图像训练的深度学习模型可用于颅脑损伤的分割,但直接将活体颅脑损伤模型用于尸体颅脑损伤的分割有局限性.本研究为钝性颅脑损伤虚拟解剖数据的智能分割提供了新途径.
法医学        人工智能        DeepLabV3+模型        钝性颅脑损伤        深度学习        计算机体层成像        图像分割
forensic medicine        artificial intelligence        DeepLabV3+model        blunt craniocerebral injury        deep learning        computed tomography        image segmentation
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