MSFP-Net: a multi-scale and multi-frequency enhanced 3D network with learnable priors for coronary artery segmentation in CCTA images

先验概率 计算机科学 人工智能 分割 计算机视觉 模式识别(心理学) 冠状动脉疾病 图像分割 动脉 医学影像学
作者
Ankang Wang,Lu Wang,Lisheng Xu,Jinshuai Liu,Yu Sun,Libo Zhang
出处
期刊:Biomedical Signal Processing and Control [Elsevier BV]
卷期号:115: 109366-109366
标识
DOI:10.1016/j.bspc.2025.109366
摘要

• MSFP-Net integrates multi-scale and multi-frequency cues for CCTA artery segmentation. • MFMS enhances low-contrast and fine-branch segmentation via spatial–frequency fusion. • PIE adds explicit learnable priors to strengthen coronary structural coherence. Coronary artery segmentation is crucial for imaging examinations, providing clinicians with important information, such as vascular structure, to guide treatment plans for coronary artery disease. However, coronary artery segmentation is extremely challenging due to its small and complex vessel branches, low contrast with surrounding tissues, and significant inter-patient anatomical variability. To deal with these issues, in this study, we propose MSFP-Net, a multi-scale and multi-frequency enhanced 3D network with learnable priors. Specifically, MSFP-Net integrates spatial and frequency-domain information through a multi-frequency enhanced multi-scale (MFMS) module and incorporates a Prior Information Enhancement (PIE) module that adaptively guides the segmentation with learnable structural priors. This hybrid design enables the network to capture both global context and fine vessel details while improving robustness to individual variability. We evaluated the MSFP-Net model using our in-house dataset CCTA80 and two publicly available datasets, ASOCA and ImageCAS. Experimental results demonstrate that our method consistently outperforms state-of-the-art methods, with over 2% improvement in Dice coefficient and significant reductions in Hausdorff Distance compared to 3D U-Net. These results highlight the potential of MSFP-Net as an effective and generalizable solution for coronary artery segmentation in clinical practice. The code is available at: https://github.com/wangak2/MSFP-Net .
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