Most methods for medical image segmentation use U-Net or its variants as they have been successful in most of the applications. After a detailed analysis of these "traditional" encoder-decoder based approaches, we observed that they perform poorly in detecting smaller structures and are unable to segment boundary regions precisely. This issue can be attributed to the increase in receptive field size as we go deeper into the encoder. The extra focus on learning high level features causes the U-Net based approaches to learn less information about low-level features which are crucial for detecting small structures. To overcome this issue, we propose using an overcomplete convolutional architecture where we project our input image into a higher dimension such that we constrain the receptive field from increasing in the deep layers of the network. We design a new architecture for image segmentation- KiU-Net which has two branches: (1) an overcomplete convolutional network Kite-Net which learns to capture fine details and accurate edges of the input, and (2) U-Net which learns high level features. Furthermore, we also propose KiU-Net 3D which is a 3D convolutional architecture for volumetric segmentation. We perform a detailed study of KiU-Net by performing experiments on five different datasets covering various image modalities like ultrasound (US), magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT), microscopic and fundus images. The proposed method achieves a better performance as compared to all the recent methods with an additional benefit of fewer parameters and faster convergence. Additionally, we also demonstrate that the extensions of KiU-Net based on residual blocks and dense blocks result in further performance improvements. The implementation of KiU-Net can be found here: https://github.com/jeya-maria-jose/KiU-Net-pytorch


翻译:大部分医学图像分割方法都使用U- Net或其变体,因为它们在大多数应用中都取得了成功。 在对这些“ 传统” 编码器- 解码器- 解码器基于的方法进行详细分析后,我们观察到,这些方法在探测较小结构方面表现不佳,无法对边界区域进行精确分解。 这一问题可归因于我们进入编码器深处时,可接受的字段大小的增加。 学习高层次特性的额外重点是U- Net 方法,以较少了解对探测小结构至关重要的低层次特性。 为了克服这一问题,我们建议使用一个超完整的连流结构,将我们的投入图像投射到更高层次的离心器- 网络。 我们设计了一个新的图像分割结构- KiU- 网络, 因为它有两个分支:(1) 超完整的连线网络, 它学会捕捉输入投入的精细细节和准确的边缘, (2) U- 网络,它学习高层次特性。 此外,我们还提议使用Ki- Net 3D 来实现3D 基- 基- 直流图结构, 用来对网络进行更精确的图像分解。 我们用一个详细的分析, 进行详细的分析, 基- 进行详细的分析。

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