Currently, developments of deep learning techniques are providing instrumental to identify, classify, and quantify patterns in medical images. Segmentation is one of the important applications in medical image analysis. In this regard, U-Net is the predominant approach to medical image segmentation tasks. However, we found that those U-Net based models have limitations in several aspects, for example, millions of parameters in the U-Net consuming considerable computation resource and memory, lack of global information, and missing some tough objects. Therefore, we applied two modifications to improve the U-Net model: 1) designed and added the dilated channel-wise CNN module, 2) simplified the U shape network. Based on these two modifications, we proposed a novel light-weight architecture -- Channel-wise Feature Pyramid Network for Medicine (CFPNet-M). To evaluate our method, we selected five datasets with different modalities: thermography, electron microscopy, endoscopy, dermoscopy, and digital retinal images. And we compared its performance with several models having different parameter scales. This paper also involves our previous studies of DC-UNet and some commonly used light-weight neural networks. We applied the Tanimoto similarity instead of the Jaccard index for gray-level image measurements. By comparison, CFPNet-M achieves comparable segmentation results on all five medical datasets with only 0.65 million parameters, which is about 2% of U-Net, and 8.8 MB memory. Meanwhile, the inference speed can reach 80 FPS on a single RTX 2070Ti GPU with the 256 by 192 pixels input size.


翻译:目前,深层学习技术的发展正在为确定、分类和量化医疗图像模式提供工具。分割是医学图像分析的重要应用之一。在这方面,U-Net是医学图像分割任务的主要方法。然而,我们发现这些基于U-Net的模型在若干方面有局限性,例如,U-Net消耗大量计算资源和记忆的数百万参数,缺乏全球信息,以及缺少一些硬性对象。因此,我们应用了两项修改来改进U-Net模型:1)设计和添加了扩大的频道-CNN模块,2 简化了U形状网络。根据这两项修改,我们提出了一个新型的轻量结构 -- -- 频道-即医学网(CFPNet-M) 。为了评估我们的方法,我们选择了5个具有不同模式的数据集:热量、电路压显微镜、透镜和数字再生图像。我们将其性能与若干具有不同参数尺度的模型进行了比较。本文还涉及我们以前对DC-UNet和一些常用的标准化结构结构结构结构结构结构 -- -- 20-直径的模型,我们用了一个类似的数字级的18-直径图像网络的模型,用来进行对比。

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