一种面向高精度血管分割模型训练应用的粗细血管分类方法,包括以下步骤:步骤1:从眼底血管标签中提取血管骨架;步骤2:在每个血管骨架像素所在的窗口内,计算血管骨架与血管面积的比值;步骤3:使用阈值将血管骨架分为粗血管骨架与细血管骨架;步骤4:根据血管骨架的分类结果,使用8邻域投票的方法确认其他血管像素的分类;步骤5:使用形态学方法将位于粗细血管断裂交叉区域的血管重新分类,保证血管的整体结构。本技术方法不仅适用于基于深度学习的神经网络眼底血管分割模型的训练,同样也适用于提升其他监督式眼底血管分割算法的分割性能。
背景技术
视网膜血管结构涉及重要信息,有助于眼科医生检测和诊断各种视网膜病变,如糖尿病视网膜病变,年龄相关的黄斑变性,高血压视网膜病变等。见文献[1]Mohamed Q,Gillies MC,Wong TY.Management of diabetic retinopathy:a systematicreview.Jama,2007,298(8):902–916.记载。血管形态结构的变化,如形状、曲折度和宽度,为许多疾病提供了准确的早期检测,见文献[2]Srinidhi CL,Aparna P,Rajan J.Recentadvancements in retinal vessel segmentation.Journal of medical systems,2017,41(4):70.记载。所以,视网膜血管的分割对于视网膜疾病的诊断辅助、治疗和手术计划尤为重要,见文献[3]Cheung CY,Zheng Y,Hsu W,et al.Retinal vascular tortuosity,blood pressure,and cardiovascular risk factors.Ophthalmology,2011,118(5):812–818.记载。
目前主要的眼底血管分割方法是基于监督学习的方式,即利有手动标注的标签辅助模型进行训练、学习参数。文献[4]Zhun Fan,Zhun Fan,Jiahong Wei,etal.Evolutionary Neural Architecture Search for Retinal VesselSegmentation.arXiv preprint arXiv:2001.06678,2020.中将U-Net模型视为基于编码器-解码器框架的搜索空间,并将神经结构搜索应用于视网膜血管分割。但是其在眼底血管分割时与粗血管同等对待,这会导致分割结果偏向于粗血管,使得分割结果的准确率降低。因为眼底血管中粗血管与细血管的样本不均衡,而且细血管与背景对比度低于粗血管,使得细血管的分割难度远大于粗血管。
解决这一问题的有效途径是区别对待粗血管与细血管。文献[5]Khan BahadarKhan,Amir A Khaliq,Muhammad Shahid.A Morphological Hessian Based Approach forRetinal Blood Vessels Segmentation and Denoising Using Region Based OtsuThresholding.PLoS ONE,2016,11(7):e0158996.使用Hessian矩阵以两种不同的尺度分别提取并增强粗和细血管图像,再使用基于区域的OTSU阈值分割血管。但实际得到的细血管图像就已经包含了粗血管,实际上只增强了粗血管。
文献[6]Zengqiang Yan,Xin Yang,Kwang-Ting Cheng.A Three-Stage DeepLearning Model for Accurate Retinal Vessel Segmentation.IEEE Journal ofBiomedical and Health Informatics,2019,23(4):1427-1436.意识到粗细血管的分割难度相差巨大的问题,先从血管标签图在提取血管骨架,计算以血管骨架像素为中心、血管壁为边界的最小内切圆,将其直径作为血管厚度。对于血管厚度低于固定阈值的骨架像素,被以其为中心的最小内切圆覆盖的所有像素都表示为细血管像素,其余血管像素被分类为厚血管像素。该方法分类后的粗细血管图像出现较多断点,破坏了血管的整体结构,不利于后续眼底血管的分割。
针对眼底血管数据集因不具有粗、细血管类型的标签信息使得基于深度学习的神经网络在训练时,因无血管类型信息的引导,造成对粗细血管像素带来的误差同等看待,致使细血管分割精度无法有效提升的问题;以及基于深度学习的神经网络在训练时因无血管类型信息的引导,造成对粗细血管像素带来的误差同等看待,致使细血管分割精度无法有效提升的问题。亟待需要一种快速分类粗细血管的方法,既要保证粗细血管正确分类,又要保证粗细血管的整体结构完整,不能出现粗细血管交叉断裂区域。
实现思路