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【论文学习】RVS-FDSC：一种基于四方向条带卷积的视网膜血管分割方法以增强特征提取

article 2025/2/22 22:11:14

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文章目录

前言
论文
- 论文内容
- - RSC模块
  - MSPF2 模块
  - RPDA模块
- 实验效果
总结
互动
致谢
参考
往期回顾

前言

视网膜是人眼的重要组成部分，其健康状态直接关系到眼底疾病的发生率。因此，视网膜分割技术在医学图像分析中具有重要价值。然而，由于视网膜血管的复杂性和多样性，传统的基于手工标注的方法难以满足现代医疗需求。近年来，深度学习技术因其强大的特征提取能力，逐渐成为视网膜分割研究的主要方向。

U-Net是一种经典的卷积神经网络架构，广泛应用于医学图像分割任务中。其主要优势在于特征提取能力的强表现。然而，在处理复杂结构如视网膜血管时，U-Net仍存在一些局限性。

近年来，许多研究对U-Net进行了改进致力于提高多尺度特征融合能力：

ASPP模块：通过多尺度卷积池化操作增强模型对不同尺度特征的捕捉能力。
BiSeNet：采用双分支网络结构，分别提取低层次和高层次信息，并通过融合模块整合空间和上下文信息。
DAPPM模块：利用池化核 stride 和大小提取输入特征图的不同尺度特征，最终通过卷积操作进行融合。

论文

论文名： RVS-FDSC:Aretinalvesselsegmentationmethodwithfour-directionalstrip convolution to enhancefeatureextraction

论文速递： 点我转跳哦

代码通道： 暂未开源

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论文内容

为了提高视网膜血管分割的性能，通过改进经典U-Net模型的架构，提出了RVS-FDSC。模型的总体架构如下图所示，其中包含编码器、解码器和跳过连接。
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图中有四种类型的RSC模块，即RSC_1、RSC_2、RSC_3和RSC_4。具体设计包括：

残差条纹卷积模块（RSC）：通过四种不同方向的卷积增强对视网膜血管特征的捕捉能力。
多尺度特征融合模块（MSPF2）：用于多尺度特征融合，提取输入特征图中不同尺度的信息并进行有效整合。
残差并行双注意力模块（RPDA）：结合传统U-Net的编码器和解码器架构，同时引入跳跃连接（ISC）以增强模型对细节信息的捕捉能力。

RSC模块

视网膜血管的形状结构具有分叉路径和局部近似条带的结构。目前基于卷积神经网络的视网膜血管分割方法通常使用方形卷积核，忽略了视网膜血管的形状结构，在一定程度上会限制模型的性能。RVS-FDSC使用一个可以大致模拟血管分叉路径方向的四方向条卷积核来代替常用的3×3平方卷积核，以提取视网膜血管特征并提高模型的性能。

残差条纹卷积模块通过四种方向的卷积操作增强特征提取能力。具体实现如下：

四方向卷积：分别在四个不同方向（水平、垂直、反对角和主对角）进行卷积操作。
残差连接：将不同方向卷积后的结果与原始输入进行残差学习。

MSPF2 模块

多尺度特征融合可以改善特征表示，提高分割性能。平均池化有助于融合池化区域的信息，最大池化有利于捕捉池化区域中的显著特征，但目前的多尺度池化通常只使用平均池化或最大池化中的一种，在一定程度上限制了多尺度池特征融合的性能。

MSPF2 模块结合了平均和最大池化，通过多尺度特征融合技术提取输入特征图的不同尺度信息：

池化操作：利用不同步长和大小的池化核提取特征。
特征融合：将不同尺度特征通过卷积操作整合。

RPDA模块

通道注意和空间注意是计算机视觉中两种常用的注意机制。通道注意力集中在输入特征图中不同通道之间的关系和重要性上，而空间注意力则关注输入特征图内不同位置之间的关系及其重要性。RPDA结合通道注意力、空间注意力和残差连接来提高性能。
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实验效果

RVS-FDSC在许多细节上都有最好的分割结果，表明在复杂的交错血管树中可以获得更好的分割结果。RVS-FDSC的分割结果（即U-Net+MSPF2+ISC+RPDA+RSC）最接近专家注释。将所提出的MSPF2、ISC、RPDA和RSC模块组合在一起时血管损失、断裂和分割错误的问题得到了很大改善。
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总结

总结： RVS-FDSC在保留传统U-Net优势的同时，通过残差条纹卷积模块（RSC）、多尺度特征融合技术（MSPF2）和残差并行双注意力（RPDA）模块显著提升了对视网膜血管特征的捕捉能力。实验结果表明，与传统方法相比，所提出的方法在分割精度上具有显著提升。未来可以进一步研究其在其他医学图像分割任务中的应用。