中山大学的纪庆革教授研究团队——光学相干断层扫描 (OCT) 技术新进展 MDP

近年来，光学干系断层成像 (OCT) 正在临床上取得了遍及的运用，成为糖尿病黄斑水肿 (DME) 和脉络膜重生血管 (CNV) 等合键黄斑疾病的诊断举措。眼科医师运用视网膜厚度图来评估DME的紧要水平。然而，手工瓦解囊肿区域是一项耗时的义务，容易爆发人工的过失。于是，学界有须要增加OCT图像的自愿瓦解举措，该举措运转速率速，可以防卫主观身分对结果的影响。

合于OTC图像的瓦解，商量者们仍旧提出了很众有用的举措，合键可能分为基于机械进修的视网膜瓦解举措和基于深度进修的全卷积神经汇集 (FCN) 的U-Net编制组织图像瓦解举措。近期，中山大学的纪庆革教育及其商量团队正在Algorithms上公布了著作，将众标准输入、众标准侧输出和当心机制集成到一同，提出了一种用于OCT图像瓦解的加强嵌套U-Net组织MDAN-UNet。作家正在两个OCT瓦解义务 (层瓦解和流体瓦解) 上验证了所提出的举措，而且说明新提出的举措优于最前辈的汇集举措，网罗UNet++。

为了商量流体区域的自愿瓦解，开始要有一个雷同UNet++的汇集，如图1所示的MDAN-UNet编制组织，一种端到端的众标准和双当心加强的嵌套U-Net形组织。MDAN-UNet由三个合键部门构成，即众标准输入、嵌套U-Net式样卷积汇集举动主体的组织和带有众标准标签的众标准侧输出。

图1. MDAN-UNet编制组织概述。蓝色和绿色部门显示从新安排的跳过旅途；红线显示深度监视。

MDAN-UNet编制中的众标准输入与采用均匀池层构制众标准输入分别，它区别正在每22、44、88和16个非重叠区域取第一个值 (左上角)。以图1中构制的举措为例，正在每2个不重叠区域取第一个值 (左上角)。构制input(1)的方法如图2所示。

图2. input(1)构制方法。作家取每22个不重叠区域的赤色圆圈 (左上角) 指示的第一个值。

运用嵌套的U-Net卷积汇集举动主体组织，以探究OCT图像中充裕的外征。该组织与原始的嵌套的U-Net雷同，网罗一个编码器和由一系列嵌套的聚集的卷积块相联的解码器。与应用二维双线性上采样操作的U-Net比拟，正在上采样层运用了二维转置卷积操作。双当心力模块的编制组织如图3所示。

图3. 概述MDAN-UNet-16中提出的双当心力模块。正在MDAN-UNet-32中的双当心力模块看待每个卷积层都有双数目的特性照射通道。

运用众标准侧输出和众标准标签来助助早期层举办反向宣扬，缓解梯度消亡题目，并通过沿现时下采样层的众个聚集块卷积层均匀值来构制侧输出。MDAN-UNet组织运用遍及，同时合用于两个OCT瓦解义务：层瓦解和流体瓦解。

正在层瓦解测验中，将MDAN-UNet与少少最新进的OCT层瓦解算法举办了对照：U-Net、ReLay Net、CE-Net和U-Net++。如图4所示为MDAN-UNet和百般对照举措的定性评判。可能调查到，三种对照举措正在层瓦解方面浮现精良，但正在布景瓦解方面浮现不佳 (如图4中的赤色箭头所示)。正在用于将布景区域划分为层区域时，U-Net本能最差，其次是U-Net和CE-Net。因为对照举措没有当心机制，除了ReLayNet外，对照举措正在布景区域存正在大方的乌有检测。作家从新铺设汇集，运用更大的卷积核，其巨细为73，具有更大的感想野，于是与U-Net、U-Net和CE-Net比拟，该举措正在布景区域瓦解方面得到了相对精良的本能。MDAN-UNet-32、MDAN-UNet-16和ReLayNet的预测质料高，优于其他举措。

图4. 层瓦解对照的一个测试OCTB扫描。测试OCTB扫描，(b，c) 瓦解结果由两位分别的专家竣工，(d) MDAN-UNet-32预测，(e) MDAN-UNet-16预测，(f-i) 对照举措的预测。Spectralis图像中测试OCT B扫描的流体瓦解对照。绿色区域显示IRF，黄色区域显示SRF，赤色部门显示PED。

其余，MDAN-UNet正在流体瓦解运用中也闪现了优越的本能。如图5所示，可能调查到U-Net++和U-Net相对有大方漏检测IRF (绿色区域)。U-Net预测显示了大方的假检测SRF (黄色区域)，其他汇集对SRF的瓦解浮现精良。同时，还可能从图中调查到MDAN-UNet-32的预测质料高，优于其他举措。看待IRF较少漏掉的检测，MDAN-UNet-16预测优于UNet++和U-Net。值失当心的是MDAN-UNet-16的PED (赤色区域) 仍有良众漏检，U-Net和U-Net++的PED有良众过失检测。种别的高度不均衡能够正在必然水平上疏解了为什么自愿瓦解举措难以精确瓦解流体。

图5. Spectralis图像中测试OCT B扫描的流体瓦解对照。绿色区域显示IRF，黄色区域显示SRF，赤色部门显示PED。

通过测验数据的对照，作家调查到IRF的瓦解优于SRF和PED。其余，自愿举措正在拓普康 (Topcon) 扫描上的本能最低，正在海德堡 (Spectralis) 扫描上的自愿举措本能最低。UNet++正在卷云 (Cirrus) 和拓普康 (Topcon) 图像中的本能优于U-Net，但正在Spectralis图像中的本能最差。

通过以上的测验比较，可能涌现MDAN-UNet-32和MDAN-UNet-16正在视网膜层瓦解和流体瓦解方面优于最前辈的举措。图像瓦解举措也面对着很众挑衅，为了避免临床医学上人工性失误，作家以为有须要增加MDAN-UNet，助助临床医师疾速有用地评估糖尿病黄斑水肿 (DME) 和脉络膜重生血管 (CNV) 等合键黄斑疾病的紧要水平。

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