Hybrid Contextual Semantic Network for Accurate Segmentation and Detection of Small-Size Stroke Lesions From MRI

计算机科学 分割 人工智能 编码器 冲程(发动机) 磁共振成像 图像分割 模式识别(心理学) 可视化 放射科 医学 机械工程 工程类 操作系统
作者
Liangliang Liu,Chang Jing,Fei Liu,Pei Zhang
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (8): 4062-4073
标识
DOI:10.1109/jbhi.2023.3273771
摘要

Stroke is a cerebrovascular disease with high mortality and disability rates. The occurrence of the stroke typically produces lesions of different sizes, with the accurate segmentation and detection of small-size stroke lesions being closely related to the prognosis of patients. However, the large lesions are usually correctly identified, the small-size lesions are usually ignored. This article provides a hybrid contextual semantic network (HCSNet) that can accurately and simultaneously segment and detect small-size stroke lesions from magnetic resonance images. HCSNet inherits the advantages of the encoder-decoder architecture and applies a novel hybrid contextual semantic module that generates high-quality contextual semantic features from the spatial and channel contextual semantic features through the skip connection layer. Moreover, a mixing-loss function is proposed to optimize HCSNet for unbalanced small-size lesions. HCSNet is trained and evaluated on 2D magnetic resonance images produced from the Anatomical Tracings of Lesions After Stroke challenge (ATLAS R2.0). Extensive experiments demonstrate that HCSNet outperforms several other state-of-the-art methods in its ability to segment and detect small-size stroke lesions. Visualization and ablation experiments reveal that the hybrid semantic module improves the segmentation and detection performance of HCSNet.
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